強磁性材料の結晶構造及び界面原子配列制御による反強磁性/強磁性交換結合制御の実現

通过控制铁磁材料的晶体结构和界面原子排列实现反铁磁/铁磁交换耦合控制

• 批准号: 10J02602
• 负责人: 高橋 宏和
• 金额: $ 1.34万
• 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: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J02602/
• 关键词: 磁性薄膜; 交換磁気異方性; 強磁性組成依存性; 垂直磁気異方性; 強磁性多層膜; 体心立方格子; 面心立方格子; Fe-Co-Ni; ブロッキング温度; 強磁性組成存性

磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)は,不揮発性,高速スイッチング等の特徴を有し,更には磁化の方向を膜面内でなく膜面垂直方向に向けることで高記録密度化,高い熱耐性の実現が可能であり,次世代の記録素子として期待されている.反強磁性(AF)/強磁性(FM)積層膜に生じる垂直交換磁気異方性(PEA)はMRAMにおける磁界雑音の抑制に有効であるが,MRAM素子への適用にはPEAの大きさを表す一方向磁気異方性定数(J_k)の更なる増大が必要である.本研究では面内交換磁気異方性(IEA)の知見の適用によってPEAを高性能化することを目的として,両者のメカニズムの比較を行った.具体的にはAF層にMn-Irを用いたAF/FM積層膜におけるIEAとPEAのFM層組成依存性,ならびにMn-Ir層の結晶配向依存性を比較し,以下の実験結果を得た.1.Mn-Ir/Co-Fe積層膜のIEAとMrIr/Co-Fe/[Pd/Co]。積層膜のPEAのCo-Fe層組成依存性を比較し,J_kのCo-Fe組成依存性の傾向は一致するが,体心立方格子のCo-Feを用いた場合にはPEAの方がIEAよりも顕著に小さくなることを示した.2.(111)配向ならびに(110)配向のMn-Irを用いたMn-Ir/Co-Fe積層膜のIEAとMrIr/Co-Fe/[Pd/Co]_n積層膜のPEAを比較し,以下の2点でIEAとPEAの結晶配向依存性が異なることを示した.(1)IEAの結晶配向による変化(>0。15erg/cm^2)はPEAのそれ(<0.1erg/cm^2)よりも顕著に大きい,(2)IEAは(111)配向より(110)配向の方が大きいが,PEAの大小関係は逆である.上記の実験結果はAF層内部のスピンのねじれ構造と結晶構造の対称性を考慮することで定性的に説明され,IEAとPEAの発現メカニズムが似通っており,多くの研究例があるIEAの知見をPEAに適用可能であると示唆された.以上,本研究の成果を元に,低い結晶構造の対称性を持ち,AF/FM界面の交換積分が大きな積層膜において大きなJ_kが得られるというIEAとPEAの統一的な高性能化指針を示した.

MRAM has characteristics such as non-volatility, high speed, etc. Moreover, it has high recording density and high thermal resistance, and it is possible to expect the recording elements of the next generation from the direction of magnetization in the film plane and perpendicular to the film plane. Antiferromagnetic (AF)/ferromagnetic (FM) multilayer films produce perpendicular exchange magnetic anisotropy (PEA). MRAM elements are suitable for the suppression of magnetic field noise. It is necessary to increase the magnetic anisotropy constant (Jk) in one direction. This study aims to compare the application of knowledge of in-plane exchange magnetic anisotropy (IEA) to high performance PEA. The following results were obtained by comparing the dependence of the AF layer on Mn-Ir and the AF/FM multilayer film on the composition of the PEA and the crystal orientation of the Mn-Ir layer.1. IEA and MrIr/Co-Fe/[Pd/Co] of the Mn-Ir/Co-Fe multilayer film. Compared with the composition dependence of Co-Fe layer in PEA multilayer films, the tendency of the composition dependence of Co-Fe layer in Jk multilayer films is consistent. In the case of Co-Fe layer in body-centered cubic lattice, the formula of PEA is different from IEA. (111)Comparison between IEA and PEA of Mn-Ir/Co-Fe multilayer films with (110) Mn-Ir alignment and MrIr/Co-Fe/[Pd/Co]_n multilayer films shows that the crystal alignment dependence of IEA is different. (1)IEA crystal alignment change (>0. 15erg/cm^2) PEA (<0.1 erg/cm^2) The above results show that the structural symmetry of the AF layer is considered qualitatively, and the occurrence of IEA and PEA is similar to that of PEA. The results of this study show that the symmetry of low-middle crystalline structure is maintained, and the exchange integral of AF/FM interface is increased.

项目成果

Blocking temperature of γ-Mn-Ir/(Fe-Co, Co-Ni) exchange biased films with ultra-thin antiferromagnetic layer

超薄反铁磁层γ-Mn-Ir/(Fe-Co, Co-Ni)交换偏置薄膜的阻断温度

• 发表时间: 2010
• 作者: 高橋宏和;角田匡清;高橋研
• 通讯作者: 高橋研

極薄反強磁性層を用いたγ-Mn-Ir/(Fe-Co, Co-Ni, Ni-Fe)積層膜の交換磁気異方性

使用超薄反铁磁层交换 γ-Mn-Ir/(Fe-Co、Co-Ni、Ni-Fe) 堆叠薄膜的磁各向异性

• 发表时间: 2010
• 作者: 高橋宏和;角田匡清;高橋研
• 通讯作者: 高橋研

Soft X-ray Magnetic Circular Dichroism of a CoFe/MnIr Exchange Bias Film under Pulsed High Magnetic Field

脉冲强磁场下 CoFe/MnIr 交换偏置薄膜的软 X 射线磁圆二色性

• DOI: 10.1143/apex.4.066602
• 发表时间: 2011
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Tetsuya Nakamura;Yasuo Narumi;Toko Hirono;Misaki Hayashi;Kenji Kodama;Masakiyo Tsunoda;Shinji Isogami;Hirokazu Takahashi;Toyohiko Kinoshita;Koichi Kindo;Hiroyuki Nojiri
• 通讯作者: Hiroyuki Nojiri

Microscopic Origin of Uncompensated Antiferromagnetic Moments in Mn-Ir/Fe-Co-Ni Bilayers

Mn-Ir/Fe-Co-Ni 双层中未补偿反铁磁矩的微观起源

• 发表时间: 2012
• 作者: H. Takahashi;Y. Kota;M. Tsunoda;T. Nakamura;K. Kodama;A. Sakuma;and M. Takahashi
• 通讯作者: and M. Takahashi