Antiferromagnetic Skyrmions in Multi-metal Nitride thin films

磁気スキルミオンは実空間におけるスピンから構成されているトポロジカル構造であり、トポロジカル的安定性と微小サイズのメリットから次世代スピントロニクスデバイスへの応用に期待されている。カイラル磁性体におけるスキルミオンはDMIと磁性の交換相互作用のバランス (D/J) で生み出されることから微小サイズスキルミオンと高動作温度 (磁気転移温度) の両立が課題となる。特に、反強磁性スキルミオンはスキルミオンの微小サイズとトポロジカル的安定性および反強磁性体のため漏洩磁場の影響を受けないことから高速動作に必要な要件をすべて満たす、次世代スピントロニクスデバイスのキーマテリアルとして探索がされている。そこで本研究では、微小サイズで室温動作可能な強磁性および反強磁性スキルミオンの実現と反強磁性スキルミオン検出にも適用可能な電気的検出手法を探索することを目的とした。目的を達成するために、カイラル磁性体の中で充填型β-Mn構造をもち磁性元素を変えることでカイラル強磁性体 (Fe2Mo3N) とカイラル反強磁性体 (Co2Mo3N) が母物質となり、磁性元素サイトに重金属PdをドープすることでD/J制御が可能なFe2-xPdxMo3N (FPMN) およびFe2-xPdxMo3N (CPMN) に着目し、薄膜成長と重金属PdドープによるD/J制御を行った。得られた薄膜試料において磁気特性と量子輸送特性の評価を行いトポロジカルホール効果とNCMRなどの電気的検出手法を合わせて磁気相図を得た。また、Lorentz-TEM法とXMCD-PEEM法などの実空間観察手法を用いて形成されるスキルミオン磁気構造の評価を行った。さらに、得られた磁気特性および量子特性の結果からDとJの値の導出を行い、充填型β-Mn構造カイラル磁性体における磁気構造のD/J制御の効果について定性的な評価を行った。

磁気スキルミオンは実空間におけるスピンから構成されているトポロジカル構造であり、トポロジカル的安定性と微小サイズのメリットから次世代スピントロニクスデバイスへの応用に期待されている。カイラル磁性体におけるスキルミオンはDMIと磁性の交換相互作用のバランス (D/J) で生み出されることから微小サイズスキルミオンと高動作温度 (磁気転移温度) の両立が課題となる。特に、反強磁性スキルミオンはスキルミオンの微小サイズとトポロジカル的安定性および反強磁性体のため漏洩磁場の影響を受けないことから高速動作に必要な要件をすべて満たす、次世代スピントロニクスデバイスのキーマテリアルとして探索がされている。そこで本研究では、微小サイズで室温動作可能な強磁性および反強磁性スキルミオンの実現と反強磁性スキルミオン検出にも適用可能な電気的検出手法を探索することを目的とした。目的を達成するために、カイラル磁性体の中で充填型β-Mn構造をもち磁性元素を変えることでカイラル強磁性体 (Fe2Mo3N) とカイラル反強磁性体 (Co2Mo3N) が母物質となり、磁性元素サイトに重金属PdをドープすることでD/J制御が可能なFe2-xPdxMo3N (FPMN) およびFe2-xPdxMo3N (CPMN) に着目し、薄膜成長と重金属PdドープによるD/J制御を行った。得られた薄膜試料において磁気特性と量子輸送特性の評価を行いトポロジカルホール効果とNCMRなどの電気的検出手法を合わせて磁気相図を得た。また、Lorentz-TEM法とXMCD-PEEM法などの実空間観察手法を用いて形成されるスキルミオン磁気構造の評価を行った。さらに、得られた磁気特性および量子特性の結果からDとJの値の導出を行い、充填型β-Mn構造カイラル磁性体における磁気構造のD/J制御の効果について定性的な評価を行った。