熱力学的非平衡状態を用いたナノ構造強磁性体の作製とスピン相関デバイスへの応用

利用热力学非平衡态制造纳米结构铁磁体及其在自旋相关器件中的应用

• 批准号: 15710091
• 负责人: 能崎 幸雄
• 金额: $ 2.43万
• 依托单位: Kyushu University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2003
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2003 至 2004
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-15710091/
• 关键词: スピントロニクス; 巨大磁気抵抗効果; 磁界センサ; 不揮発メモリ; 静磁気相互作用; 磁化反転過程; マイクロマグネティクスシミュレーション

ナノ構造を有する強磁性多層膜ピラーの磁化反転特性を独自に開発した2段階ミリング法によるクロスコンタクト測定法を用いて詳しく調べた。また、磁性層間の静磁気的結合が多層膜ピラーの磁化過程に及ぼす影響を定量的に解析するため、マイクロマグネティクス計算結果からのエネルギー再構成を導入した新しい単磁区モデル計算を行った。さらに、強磁性層としてハーフメタル材料であるFe_3O_4を用いた多層膜ピラーを作成し、電界によるスピン輸送特性制御についても調べた。1)サブミクロンスケールに微細加工したNiFe/Cu多層膜パターンのCPP-GMR特性を調べた。その結果、フリンジ磁界に起因する磁性層間の静磁気相互作用により、隣接磁性層の磁化が互いに反対方向に回転する可逆磁化過程が実現することを磁気抵抗測定より確かめた。磁界掃引に対して磁気抵抗の大きさが履歴なしにかつ線形変化するこのような特性は、極微磁界センサへの応用上重要な成果である。また、多層膜の磁化過程を効率的かつ高精度に導出可能な新しい計算モデルを確立し、多層膜パターンの飽和磁界の膜厚依存性について明らかにした。2)Fe_3O_4を用いた多層膜ピラーの膜面垂直(CPP)電気伝導特性において、バイアス電圧によりCPP伝導度が3桁程度変化するスイッチング現象を発見した。さらに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧は、温度上昇に伴い単調な減少を示し、熱的励起と電気的励起の相乗効果として伝導度スイッチングが起こることがわかった。さらに、スイッチング電圧がFe_3O_4層の膜厚にほぼ比例しており、膜厚方向の電界強度がスイッチング現象を支配していると考えられる。なお、スイッチング電圧の温度依存性および膜厚依存性の結果より、電気的励起のみによるスイッチングの閾値電界が2×10^7V/mであることがわかった。

ナ ノ a す を construction る strong magnetic multilayer film ピ ラ ー の magnetization reverse planning features を に alone open 発 し た 2-stage order ミ リ ン グ method に よ る ク ロ ス コ ン タ ク ト measurement を with い て detailed し く adjustable べ た. ま た, magnetic layers の magnetostatic 気 combination が multilayer ピ ラ ー の に magnetization process and ぼ す affect を quantitative analytical す に る た め, マ イ ク ロ マ グ ネ テ ィ ク ス results か ら の エ ネ ル ギ ー reconstitution を import し た new し い 単 magnetic モ デ ル count を っ た. さ ら に, strong magnetic layer と し て ハ ー フ メ タ ル material で あ る Fe_3O_4 を with い た multilayer ピ ラ ー を made し, electricity industry に よ る ス ピ ン transportation system of imperial に つ い て も adjustable べ た. 1)サブ サブ ロ ロ スケ スケ サブ に に microfabrication <s:1> たNiFe/Cu multilayer film パタ パタ <s:1> <s:1> <s:1> CPP-GMR characteristics を modulation べた. そ の results, フ リ ン ジ magnetic boundary に cause す る の static magnetic 気 interaction between magnetic layers に よ り, 隣 magnetization of the magnetic layer の が mutual い に reverse direction seaborne に back planning す る が reversible magnetization process be presently す る こ と を magnetic 気 resistance measurement よ り か indeed め た. Magnetic boundary sweep lead に し seaborne て magnetic 気 resistance の big き さ が shoe bearing な し に か つ linear variations change す る こ の よ う な features は, microscopic magnetic セ ン サ へ の 応 applied important な results で あ る. を ま の た, multi-layers magnetization process working rate か つ high-precision に export may な new し い computing モ デ ル を establish し, multilayer film パ タ ー ン saturated magnetic の world の film thickness dependence に つ い て Ming ら か に し た. 2) Fe_3O_4 を with い た multilayer ピ ラ ー の vertical (CPP) film surface electric 気 伝 guide features に お い て, バ イ ア ス electric 圧 に よ り CPP 伝 conductance が 3 degree of girder - chemical す る ス イ ッ チ ン グ phenomenon を 発 see し た. さ ら に, high resistance state か ら low resistance state へ の ス イ ッ チ ン グ electric 圧 は and temperature rise に い 単 adjustable な reduce wound up と を し, hot electric 気 wound up の phase 乗 unseen fruit と し て 伝 conductance ス イ ッ チ ン グ が up こ る こ と が わ か っ た. さ ら に, ス イ ッ チ ン グ electric 圧 が Fe_3O_4 layer の film thickness に ほ ぼ proportion し て お り, film thickness direction の world strength が ス イ ッ チ ン グ phenomenon を dominate し て い る と exam え ら れ る. な お, ス イ ッ チ ン グ electric 圧 の temperature dependency お よ び film thickness dependence の results よ り, electricity 気 wound up の み に よ る ス イ ッ チ ン グ の threshold numerical electric industry が 2 x 10 ^ 7 v/m で あ る こ と が わ か っ た.

项目成果

Magnetic and Electric Properties of Fe_3O_4 Thin Films Sputtered on Metallic Underlaver

金属衬底溅射Fe_3O_4薄膜的磁电性能

• 发表时间: 2004
• 期刊: IEICE Transactions on Electronics E87-C・2
• 作者: F.Qin et al.

Y.Nozaki et al.: "Size dependence of switching current and energy barrier in the magnetization reversal of rectangular MRAM cell"Journal of Applied Physics. 93・10. 7295-7297 (2003)

Y. Nozaki 等：“矩形 MRAM 单元磁化反转中开关电流和能垒的大小依赖性”应用物理学杂志 93・10（2003 年）。

Y.Nozaki et al.: "Non-linear temperature dependence of switching fields in relief-structured Co/Ni_<80>Fe_<20> particles"Journal of Applied Physics. 93・11. 9182-9185 (2003)

Y. Nozaki 等：“浮雕结构 Co/Ni_<80>Fe_<20> 粒子中切换场的非线性温度依赖性”应用物理学杂志 93・11（2003 年）。