Efficient electrical magnetization switching with a help of light elements

借助轻元素实现高效电磁化切换

基本信息

批准号：
22H01533
负责人：
磯上慎二
金额：
$ 11.07万
依托单位：
National Institute for Materials Science
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

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．

为了实现新的量子储存技术，不仅大规模使用磁性记忆，而且这项研究的目的是开发载体偏置型过渡金属化合物（以下称为“轻元素化合物”），其中包含光元素（B，C，N）和控制磁性结构。今年，我们建立了一种通过两种方法控制光元素化合物的磁结构的方法。 1。我们成功地降低了对硝酸锰（MN4N）薄膜的矫正，这是光元素化合物的典型例子。电流引起的磁化反演的反向电流密度与磁层的强制性值成正比。典型的MN4N薄膜沿垂直于平面的方向的强制力最多是1特斯拉的高值。通过仅将生长温度提高50°C，我们成功地将其降低了约30％。已经揭示了晶粒尺寸和表面粗糙度的影响，被认为是因素，并不是主要的。此外，在低强制MN4N薄膜中观察到了许多随机形成的晶格过渡。因此，人们认为，通过有意形成随着生长温度升高的晶格转变，累积的晶格应变减少，从而减少了胁迫力。该结论基于以下特征：光元素化合物的微观结构对膜形成过程敏感，这有助于降低倒倒电流密度所需的材料设计。 2。阐明碳对磁性特性和异常大厅影响的影响。通过测量碳渗透到面部为中心的立方COMN化合物的晶格时，通过测量磁性特性和异常大厅效应来验证碳中碳的影响。结果，X射线结构分析表明，在COMN单位细胞的身体中心位置排序碳原子，并且CO2MN2C的稳定相是由Martensenitic结构过渡形成的。磁性特性明显从抗铁磁磁性变为铁磁，异常的孔电导率增加了约10倍。由于这种增加的速率不能仅通过磁化的量来解释，因此估计是由于由于存在碳的存在，因此由于电子状态附近的电子状态引起的。