金属多層膜における反対称交換相互作用（ジャロシンスキー守谷相互作用）の電圧制御

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磁性電圧変調は固体磁気メモリ(MRAM)の低消費電力化に重要である。中でも金属磁性多層膜はナノメートルサイズでの膜制御並び微細加工が可能であるため、精力的に電圧変調に関する研究が行われている。これまで報告者はマルチフェロイクス材料などの研究を通し大きな電圧変調が得られる効果であることが示唆されていた、ジャロシンスキー守谷相互作用(DMI)の電圧変調を金属磁性多層膜Au/Fe/MgO系において世界に先駆けて成功した。しかし、その電圧変調量は1 Vあたり40 nJ/m^2と例えば非電圧印可時に金属磁性多層膜で報告されている1 mJ/m^2と比較しても非常に小さい。そこで申請者はこの課題に対し、DMIの電圧変調量を大きくすること、そしてDMIの発現及びその電圧変調の物理を解明することを目的とし、研究を進めてきた。報告者は当初、金属磁性薄膜における界面DMIの先行研究例を参考にし、Feの下地材料を最適化することで、界面DMIの電圧変調量の増大の実現を考えていた。しかし、金属に対し電界は絶縁層(MgO)と接している、僅か一原子層程度にのみ印可されることを考慮し、電界が印可される界面の材料を最適化した。具体的にはV/Fe/MgOのFeとMgOの界面にスピン起動相互作用が大きいPtを1原子層挿入することで界面DMIの電圧変調量の増大を目指した。結果としてPtを1原子層挿入することで3倍の界面DMIの電圧変調量が得られた。また報告者はP挿入層の膜厚依存性を精査し、Pt1原子層が最も効果を増大させることを明らかにしてきた。さらにこの効果はFeの膜厚、MgOの膜厚を調整することで1 mJ/m^2を上回る非常に大きな効果になりえることも明らかにした。このように当初計画していた薄膜作成案とは異なるが、それから予期されるものよりも非常に大きな界面DMIの電圧変調を得られることを示してきた。