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

金属多层膜中反对称交换相互作用（Jarosinski Moriya相互作用）的电压控制

• 批准号: 16J05624
• 负责人: 縄岡 孝平
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05624/
• 关键词: スピントロニクス; スピン軌道相互作用; 電圧効果; 磁気ランダムアクセスメモリ; 磁性体; 金属; スピン起動相互作用; 反対称交換相互作用(DMI)

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。

Magnetic voltage modulation is important for low power consumption of solid state magnetic resonance (MRAM). The research on the film fabrication and micromachining of metal magnetic multilayer films in China is carried out in the field of voltage modulation. This paper reports on the study of Au/Fe/MgO multilayer films by using the method of voltage-voltage modulation. The voltage modulation is 1 V, 40 nJ/m^2. For example, when non-voltage printing is possible, the metal magnetic multilayer film is reported to be 1 mJ/m^2. Therefore, the applicant is interested in this topic, including increasing the amount of voltage modulation in DMI, and clarifying the discovery of DMI and the physics of voltage modulation. This paper presents a preliminary study on the optimization of the interface DMI of metallic magnetic thin films, and an investigation on the improvement of the voltage modulation of the interface DMI. In addition, the material of the interface between the metal and the electric field (MgO) is optimized by considering the possibility of printing at the level of only one atomic layer. Specifically, the increase in voltage modulation at the interface between V/Fe and MgO is indicated by the increase in the initial interaction between Pt and MgO. As a result, the voltage modulation of Pt 1 atomic layer is 3 times higher than that of DMI. The thickness dependence of the Pt1 atomic layer was investigated carefully. The film thickness of Fe and MgO can be adjusted by 1 mJ/m2. The original design of the film is different from that of the original design.

项目成果

Pt layer thickness dependence of voltage induced interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction change in Fe|Pt|MgO junction

Fe|Pt|MgO 结中电压诱导界面 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用变化的 Pt 层厚度依赖性

• 发表时间: 2017
• 作者: Kohei NAWAOKA1;Jaehun Cho1;Minori Goto1,2;Eiiti Tamura1;Shinji Miwa1,2;Yoshishige Suzuki1,2,3,4 (1.Osaka Univ.;2.CSRN;3.NIMS;4.AIST)
• 通讯作者: 4.AIST)

Fe|MgO界面ジャロシンスキー守谷相互作用の電圧変調に対するPt単原子層挿入効果

Pt 单层插入对 Fe|MgO 界面 Jarosinski Moriya 相互作用电压调制的影响

• 发表时间: 2016
• 作者: Kohei NAWAOKA1;Jaehun Cho1;Minori Goto1,2;Eiiti Tamura1;Shinji Miwa1,2;Yoshishige Suzuki1,2,3,4 (1.Osaka Univ.;2.CSRN;3.NIMS;4.AIST);縄岡孝平;清水沙耶香;縄岡孝平;縄岡孝平;縄岡孝平
• 通讯作者: 縄岡孝平

Enhancement of voltage induced interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction at Fe|MgO by one monolayer insertion of Pt

通过单层 Pt 插入增强 Fe|MgO 上电压诱导的 Dzyaloshinskii-Moriya 界面相互作用

• 发表时间: 2016
• 作者: Kohei NAWAOKA1;Jaehun Cho1;Minori Goto1,2;Eiiti Tamura1;Shinji Miwa1,2;Yoshishige Suzuki1,2,3,4 (1.Osaka Univ.;2.CSRN;3.NIMS;4.AIST);縄岡孝平;清水沙耶香;縄岡孝平;縄岡孝平;縄岡孝平;清水沙耶香;縄岡孝平;清水沙耶香;縄岡孝平
• 通讯作者: 縄岡孝平

Fe|Pt|MgO界面ジャロシンスキー守谷相互作用の電圧変調におけるPt膜厚依存

Pt 膜厚度对 Fe|Pt|MgO 界面 Jarosinski Moriya 相互作用电压调制的依赖性

• 发表时间: 2017
• 作者: Kohei NAWAOKA1;Jaehun Cho1;Minori Goto1,2;Eiiti Tamura1;Shinji Miwa1,2;Yoshishige Suzuki1,2,3,4 (1.Osaka Univ.;2.CSRN;3.NIMS;4.AIST);縄岡孝平;清水沙耶香;縄岡孝平
• 通讯作者: 縄岡孝平

Voltage induction of the interfacial Dzyaloshinskii-Moriya interaction at Fe|MgO

Fe|MgO 界面 Dzyaloshinskii-Moriya 相互作用的电压感应

• 发表时间: 2016
• 作者: Kohei NAWAOKA1;Jaehun Cho1;Minori Goto1,2;Eiiti Tamura1;Shinji Miwa1,2;Yoshishige Suzuki1,2,3,4 (1.Osaka Univ.;2.CSRN;3.NIMS;4.AIST);縄岡孝平;清水沙耶香;縄岡孝平;縄岡孝平
• 通讯作者: 縄岡孝平