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高速熱特性計測に基づく磁性金属多層膜の熱・スピン輸送機構の学理深化

基于高速热性能测量深化磁性金属多层薄膜中的热和自旋输运机制理论

基本信息

批准号：
22KJ0210
负责人：
山崎匠
金额：
$ 2.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究では，スピントロニクス分野において中心的な役割を担ってきた磁性金属多層膜の熱制御応用に向け，熱工学的な観点から機能拡張を目指す．多層膜中の熱やスピンの輸送キャリアの特徴的な長さスケール（特性長）の評価を通して，磁性金属多層膜に発現するスピンカロリトロニクス現象である，磁性体の磁化配置の変化に伴う熱抵抗の変調効果（巨大磁気熱抵抗効果）やスピン流－熱流変換効果（熱スピン効果）のメカニズムを明らかにし，さらに材料工学的なアプローチにより各効果の性能向上指針を見出す．本年度は，キャリアの特性長を同定するための鍵となる反強磁性絶縁体NiOの高品位化およびスピン流透過特性の評価に注力した．シード層・Arガス圧・成膜温度の3種の成膜条件を最適化し，スピン流生成用Ptおよびスピン流透過用NiOの (001)，(111) 高配向膜をMgO(001)，MgO(111)基板上にそれぞれエピタキシャル成長させることに成功した．続いて，Pt/NiO/CoFeB積層膜に生じる熱スピン効果をスピン流プローブとして，NiOのスピン流透過特性を調査した．熱スピン効果による温度変化測定には光学的測温法であるロックインサーモリフレクタンス法を用いた．その結果，スピン流透過特性が結晶のクオリティ（エピタキシャル膜か多結晶膜か）によって変化することを見出した．加えて，エピタキシャル膜においてスピン流透過のNiO膜厚依存性は振動的な振る舞いを示し，さらに振動周期が結晶方位に依存するという，非自明な挙動を示すことがわかった．上記と並行して，キャリアの特性長の同定に向け，ロックインサーモリフレクタンス法を高周波数領域に拡張するための高周波回路の設計・製作や，本手法を応用した薄膜熱伝導率計測手法の基盤構築を実施した．

In this paper, the thermal control and thermal engineering of magnetic metal multilayer films are studied. Evaluation of the characteristic length of the thermal transport property in multilayer films, the occurrence of thermal transport phenomena in magnetic metal multilayer films, and the effect of the variation of the thermal resistance in the magnetization arrangement of magnetic materials (Large magnetic heat resistance effect) and heat flow-heat flow conversion effect (heat resistance effect). This year, attention has been paid to the evaluation of high quality and high current transmission characteristics of antiferromagnetic dielectric NiO. Three kinds of film formation conditions, such as Pt for current generation and NiO (001) for current transmission, MgO(001) and MgO(111) for high alignment film, were optimized. The Pt/NiO/CoFeB multilayer film was investigated for thermal conductivity. The temperature measurement method is applied to the measurement of temperature variation. As a result, the flow transmission characteristics of the crystal film are revealed. In addition, the film thickness dependence of the current transmission through the NiO film is shown by the vibration period dependence on the crystal orientation. In this paper, the design and fabrication of high frequency circuits in the high frequency domain by using the parallel method and the constant direction of the characteristics of the thin film thermal conductivity measurement method are described.