Efficient electrical magnetization switching with a help of light elements

従来磁気メモリの大規模化のみならず新しく量子ストレージ技術の実現に向けて本研究では，軽元素（B, C, N）を含む逆ペロブスカイト型遷移金属化合物（以下「軽元素化合物」と記載）の開発と磁気構造制御を目的としている．本年度は２つのアプローチを通して軽元素化合物の磁気構造制御手法を確立した．１．軽元素化合物の典型例である窒化マンガン（Mn4N）薄膜の低保磁力化に成功．電流誘起磁化反転の反転電流密度は磁性層の保磁力値に比例している．代表的なMn4N薄膜の面直方向に対する保磁力は最大で1テスラという高い値を有している．成長温度を僅か50℃上昇させることで最大約30％の低減化に成功した．この要因として考えられる結晶粒径や表面ラフネスからの影響は支配的でないことを明らかとした．さらに薄膜全体でランダムに形成された格子転移が，低保磁力化Mn4N薄膜中に多く認められた．従って成長温度の上昇で意図的に格子転移を形成させることで，蓄積された格子歪みが緩和し，保磁力の低減が実現したものと考えられる．この結論は軽元素化合物の微細組織が成膜プロセスに敏感であるという特徴に基づくものであり，反転電流密度低減に必要な材料設計を容易化するものである．２．磁気特性および異常ホール効果に対する炭素の効果を解明．面心立方CoMn化合の格子中に炭素を侵入させたときの磁気特性と異常ホール効果の変化を測定することで遷移金属中での炭素の効果を検証した．その結果，炭素原子はCoMn単位胞の体心位置に規則化し，マルテンサイト構造転移によってCo2Mn2Cの安定相が形成されることがＸ線構造解析で明らかとなった．磁気特性は反強磁性から強磁性へと明確に変化し，異常ホール伝導率は約１０倍の増大を示した．この増大率は磁化量だけで説明ができないことから，炭素の存在に起因するフェルミエネルギー付近の電子状態によるものと推察された．

従来磁気メモリの大規模化のみならず新しく量子ストレージ技術の実現に向けて本研究では，軽元素（B, C, N）を含む逆ペロブスカイト型遷移金属化合物（以下「軽元素化合物」と記載）の開発と磁気構造制御を目的としている．本年度は２つのアプローチを通して軽元素化合物の磁気構造制御手法を確立した．１．軽元素化合物の典型例である窒化マンガン（Mn4N）薄膜の低保磁力化に成功．電流誘起磁化反転の反転電流密度は磁性層の保磁力値に比例している．代表的なMn4N薄膜の面直方向に対する保磁力は最大で1テスラという高い値を有している．成長温度を僅か50℃上昇させることで最大約30％の低減化に成功した．この要因として考えられる結晶粒径や表面ラフネスからの影響は支配的でないことを明らかとした．さらに薄膜全体でランダムに形成された格子転移が，低保磁力化Mn4N薄膜中に多く認められた．従って成長温度の上昇で意図的に格子転移を形成させることで，蓄積された格子歪みが緩和し，保磁力の低減が実現したものと考えられる．この結論は軽元素化合物の微細組織が成膜プロセスに敏感であるという特徴に基づくものであり，反転電流密度低減に必要な材料設計を容易化するものである．２．磁気特性および異常ホール効果に対する炭素の効果を解明．面心立方CoMn化合の格子中に炭素を侵入させたときの磁気特性と異常ホール効果の変化を測定することで遷移金属中での炭素の効果を検証した．その結果，炭素原子はCoMn単位胞の体心位置に規則化し，マルテンサイト構造転移によってCo2Mn2Cの安定相が形成されることがＸ線構造解析で明らかとなった．磁気特性は反強磁性から強磁性へと明確に変化し，異常ホール伝導率は約１０倍の増大を示した．この増大率は磁化量だけで説明ができないことから，炭素の存在に起因するフェルミエネルギー付近の電子状態によるものと推察された．