強磁性金属における電界誘起磁化反転に関する研究

铁磁金属中电场感应磁化反转的研究

基本信息

批准号：
12J02212
负责人：
金井駿
金额：
$ 1.92万
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：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電界誘起磁化反転は、磁性層を電極として有するキャパシタ構造素子に電圧を印加し、磁化容易軸方向を一時的に切り替えることにより磁化が歳差運動を行うことを利用した磁化反転手法である。1年目で実証したこの電界誘起磁化反転時に付随する様々な現象について深く理解することを目指した。電界誘起磁化反転の確率が熱擾乱により乱される過程を、単磁区を仮定した計算機シミュレーションにより再現し、磁化歳差過程における熱擾乱の影響が磁化反転の制御性を悪化させる(過程が確率的になる)ことを明らかにした。歳差運動過程における熱擾乱の影響を直接測定するため、磁化方向に依存する磁気トンネル接合の抵抗変化により反射率が変化することを利用して、ナノ秒程度の時間領域で電界により誘起される磁化の歳差運動の様子を測定した。素子抵抗と接合面積の積と、素子サイズの最適化を行うことにより、検出信号強度を向上し、ナノ・メートルサイズの磁性体の1回の試行での電界誘起磁化歳差を世界で初め七実時間観測した。測定結果から、電界印加時間の経過につれての歳差運動振幅の減衰は10ナノ秒程度まで殆ど見られないが、歳差運動の位相の試行ごとの分散が著しく大きく、多数回の試行の結果を平均する確率測定では見かけの振動振幅が減衰することを明らかにした。この結果は、微小磁気デバイスの磁化ダイナミクスを理解する上で重要な知見となる。電界誘起磁化反転は磁化歳差運動を利用するという特性上、電圧制御時にオーバー・ドライブできないという原理的欠点があり、この克服のためにスピン注入磁化反転を併用する新しい磁化反転手法を提案した。提案手法を用い、スピン注入磁化反転による磁化反転よりも高速かつ低消費電力で、電界誘起磁化反転よりも電圧制御マージンが広い磁化反転を実証した。

场诱导的磁化反演是一种磁化反演技术，它通过将电压应用于具有磁性层作为电极的电容器结构元件，并暂时切换磁化强度的易于轴方向，将磁化强度用于进动。我们旨在更深入地了解与该场引起的磁化逆转相关的各种现象，我们在第一年就证明了这一点。基于单个域的计算机模拟将电场诱导的磁化倒置的可能性受到热扰动的干扰，并揭示了磁化沉淀过程中热干扰的影响使磁化磁化逆转的可控性恶化（该过程变得概率）。为了直接测量进动过程中的热干扰的影响，我们使用了由于磁性隧道连接的阻力变化而导致的反射率变化，这取决于磁化方向，并测量了在大约纳米环境的时域中由电场引起的磁场的进动。通过优化设备电阻和连接区域并优化设备尺寸，可以提高检测信号强度，并在一项纳米尺寸的磁性材料的一项试验中，在七个时代，在一次纳米尺寸的磁性材料的一项试验中，电场诱导的磁化沉淀。测量结果表明，尽管在电场施用时间通过时间的进动幅度的衰减几乎不被认为是10纳秒左右，但对于每个试验，进液相位的分散量明显更大，并且在平均多个试验结果的概率测量中，明显的振动幅度减弱了。该结果是了解微磁性设备的磁化动力学的重要见解。由于使用磁化进液的特征，电场诱导的磁化反转具有原理缺点，即在电压控制过程中不能超速驱动，并且为了克服这一问题，提出了一种新的磁化反演方法，该方法结合了自旋注射磁化强度倒置。使用所提出的方法，我们证明了由于自旋注入磁化倒置而引起的磁化反转更快，低于磁化反转，并且电压控制缘宽大于电场诱导的磁化磁化强度的磁力。

项目成果

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专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Magnetization switching by two successive voltage pulses

通过两个连续电压脉冲进行磁化切换

DOI：
发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
0
作者：
S. Kanai;H. Sato;M. Yamanouchi;S. Ikeda;Y. Nakatani;F. Matsukura. and H. Ohno
通讯作者：
F. Matsukura. and H. Ohno

不揮発性集積回路応用に向けたCoFeB-MgO磁気トンネル接合の開発状況

非易失性集成电路应用CoFeB-MgO磁隧道结的发展现状

DOI：
发表时间：
2013
期刊：
影响因子：
0
作者：
池田正二;佐藤英夫;山ノ内路彦;深見俊輔;水沼広太朗;金井駿;石川慎也;松倉文礼;笠井直記;大野英男
通讯作者：
大野英男

垂直磁化CoFeB-MgO接合における電界誘起磁化反転

垂直磁化 CoFeB-MgO 结中电场感应磁化反转

DOI：
发表时间：
2012
期刊：
影响因子：
0
作者：
金井駿;山ノ内路彦;池田正二;仲谷栄伸;松倉文礼;大野英男
通讯作者：
大野英男

Electric Field Induced Magnetization Switching in CoFeB-MgO - Static Magnetic Field Angle Dependence -

CoFeB-MgO 中的电场感应磁化翻转 - 静态磁场角度依赖性 -

DOI：
10.1109/tmag.2013.2278559
发表时间：
2014
期刊：
IEEE Transactions on Magnetism
影响因子：
0
作者：
Shun Kanai;Michihiko Yamanoichi;Shoji Ikeda;Yoshinobu Nak atani;Fumihiro Matsukura;and Hideo Ohno
通讯作者：
and Hideo Ohno

In-plane magnetic field dependence of electric field-induced magnetization switching