超薄膜強磁性金属における磁気異方性の電界制御

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現在、メモリなどのエレクトロニクスデバイスにおいて待機電力・消費電力の低減が求められています。そこで本研究では、室温下で磁性材料に直接電圧を印加することによって磁化の方向を制御し新たなデバイス応用を目指し研究を行っています。本年度は電圧効果の下地依存性、及び新たな解析手法を用いた垂直磁気異方性の二次の項に対する電圧効果の定量評価を行いました。まずスパッタリング法を用いて成膜したTa下地及びRu下地を有するCoFeB/MgO接合において、様々な電界印加下での磁気抵抗曲線から電界効果を定量的に評価しました。どちらの素子においても垂直磁気異方性は電界に対して線形に応答するが、変化の符号が異なっていました。異方性変化量はそれぞれTa/CoFeB/MgOで-35・J/m2(V/nm)-1、Ru/CoFeB/MgOで+18・・J/m2(V/nm)-1でした。この結果より、電界効果は強磁性層/絶縁層界面での効果と考えられるが、その変化の大きさ・符号は下地層にも大きく依存することがわかりました。次にスパッタリング法を用いて成膜したMgO(2nm)/CoFeB(2nm)/Ta capのトンネル磁気接合素子において高次の垂直磁気異方性の電圧効果を評価しました。まずは垂直磁気異方性の一次の項に対する電圧効果を定量評価しました。高次の異方性は膜面垂直磁場下では無視する事ができるため、そのような条件下での熱励起強磁性共鳴法より共鳴周波数を測定しました。フィッティングを行った結果、一次の垂直異方性磁場の線形な電圧依存性を有し、-0.34kOe/Vの傾き持つことがわかりました。次に膜面垂直方向から35°傾けた傾斜磁場印加下で電圧誘起強磁性共鳴法より共鳴周波数を測定しました。ここでフィッティングを行う際、一次の項の値は前述の値を用いました。この測定より二次の垂直磁気異方性磁場も線形な電圧依存性を有し、-0.14kOe/Vと一次の項よりは小さいものの、同様に電圧効果を示しました。このような報告はこれまで行われておらず、二次の項まで考慮する事は今後電圧効果の増大に有益であると考えられる。