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強磁性体における磁化ダイナミクスとスピン伝導の理論的研究

铁磁体磁化动力学和自旋传导的理论研究

基本信息

批准号：
08J05005
负责人：
谷口知大
金额：
$ 1.15万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2010
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度はシンセティック自由層における熱耐性の理論解析を行った。不揮発性磁気メモリに代表されるスピントロニクス・デバイスは、その素子サイズがナノスケールであるために、熱による撹乱を受けやすく、記録保持が困難であるという問題を抱えている。近年、素子の熱耐性向上に向けて非磁性Ru層を介した2つのCoFeB強磁性層が強磁性的に結合されたシンセティック自由層の研究開発実験が盛んに行われている。Ru層を介した結合によって素子全体の熱耐性を上げようというのが実験研究の狙いである。しかし結合によって熱耐性が上がるのか、上がるとすれば最大どの程度まで上げられるのか、といった問いに答える理論的な研究はあまり報告されていない。本研究ではフォッカー・プランク方程式に基づいてシンセティック自由層の熱反転確率の公式を導出した。熱反転の過程は2層間の結合エネルギーと磁気異方性エネルギーの大小関係に応じて2通りに場合分けされる。結合エネルギーが磁気異方性エネルギーより小さい領域では、2つの磁化はバラバラに反転する。この過程では結合によって熱耐性が向上することを見出した。結合の大きさが磁気異方性と同程度になると熱耐性の向上は最大となり、その大きさは強磁性層1層に比べて4倍となる。一方、結合エネルギーが磁気異方性エネルギーより大きくなると、2つの磁化は同時に反転する。この過程の熱耐性は2つの強磁性層のそれの和になるものの、結合は熱耐性に影響しないことを示した。これらの結果から結合エネルギーが磁気異方性エネルギーと同程度の時に熱耐性が最も高くなることが理論的に予想される。この結果は高い熱耐性を持つスピントロニクス・デバイスの実現に大きく貢献するものである。

This year, the theoretical analysis of thermal resistance of free layer was carried out. The non-volatile magnetic field represents the problem of record retention. In recent years, the thermal resistance of the element has been increasing, and the research and development of the ferromagnetic free layer of CoFeB has been in progress. The Ru layer is combined with the heat resistance of the whole element. A study on the theory of heat tolerance is reported. In this study, a formula for thermal reflection rate of free layer is derived from the equation of free layer. The process of thermal reaction is divided into two parts: the combination of two layers and the size relationship of magnetic anisotropy. In combination with the magnetic anisotropy, the magnetic field is reduced, and the magnetic field is reduced. The process of heat transfer can be described as "heat transfer." The maximum thermal resistance of the ferromagnetic layer is 4 times higher than that of the ferromagnetic layer. One side, two sides, two The thermal resistance of the ferromagnetic layer is affected by the thermal resistance of the ferromagnetic layer. The results show that the magnetic field is different from the magnetic field, and the thermal tolerance is the highest in the theory. This result will greatly contribute to the realization of the high-temperature endurance and high-performance computer.