ナノ磁性表面の磁気構造・磁気異方性の電場および磁場による制御に向けて

本年度は、磁気異方性の外場制御の確立へ向けて、電界による非線形な磁気異方性変化の起源の解明、および現実的な電界で磁化反転可能な磁性薄膜デザインを行った。Fe/Au(001)及びFe/Pt(001)表面は私の研究により磁気異方性エネルギー(MAE)が電界に対して非線形に変化することが明らかとなった。非線形な効果は、一部薄膜材料や表面において実験的にも観測されている。バンド構造の電界効果から、鉄のd軌道成分がフェルミ準位をまたぐときに非線形な効果が現れることが明らかとなった。また、Fe/Pt薄膜ではFe/Au薄膜に比べ10倍程度大きなMAEの変化が見られ、電界に対するMAE変化の傾きが大きなところで137fJ/Vmと得られた。これは、これまでの理論計算から得られている値のうち最大のものである。次に、重原子層が電界効果へ与える影響を明らかとすること及び実現可能な電界で磁化反転可能な薄膜のデザインを目的に、MgO/Fe/重原子層M(001)およびMgO/重原子層M/Fe/Au(001)薄膜(M=Pd,Pt,Au)について全MAE(電子系からの寄与と形状磁気異方性からの寄与を合わせたもの)及びその電界依存を調べた。重原子層の原子種により電界効果が異なっており、1層程度の重原子層よる効果の制御の可能性が示された。特に、Pt層に関しては1層挿入するだけで、電界によるMAE変化を増幅することがわかった。また、Fe層を3層にしたMgO/Pt/Fe(3ML)/Au(001)薄膜についても計算を行い、Fe層の層数を制御することで、大きな電界効果を保ちつつ全MAEの値を調整できることが確かめられた。

本年度は、磁気異方性の外場制御の確立へ向けて、電界による非線形な磁気異方性変化の起源の解明、および現実的な電界で磁化反転可能な磁性薄膜デザインを行った。Fe/Au(001)及びFe/Pt(001)表面は私の研究により磁気異方性エネルギー(MAE)が電界に対して非線形に変化することが明らかとなった。非線形な効果は、一部薄膜材料や表面において実験的にも観測されている。バンド構造の電界効果から、鉄のd軌道成分がフェルミ準位をまたぐときに非線形な効果が現れることが明らかとなった。また、Fe/Pt薄膜ではFe/Au薄膜に比べ10倍程度大きなMAEの変化が見られ、電界に対するMAE変化の傾きが大きなところで137fJ/Vmと得られた。これは、これまでの理論計算から得られている値のうち最大のものである。次に、重原子層が電界効果へ与える影響を明らかとすること及び実現可能な電界で磁化反転可能な薄膜のデザインを目的に、MgO/Fe/重原子層M(001)およびMgO/重原子層M/Fe/Au(001)薄膜(M=Pd,Pt,Au)について全MAE(電子系からの寄与と形状磁気異方性からの寄与を合わせたもの)及びその電界依存を調べた。重原子層の原子種により電界効果が異なっており、1層程度の重原子層よる効果の制御の可能性が示された。特に、Pt層に関しては1層挿入するだけで、電界によるMAE変化を増幅することがわかった。また、Fe層を3層にしたMgO/Pt/Fe(3ML)/Au(001)薄膜についても計算を行い、Fe層の層数を制御することで、大きな電界効果を保ちつつ全MAEの値を調整できることが確かめられた。