反強磁性スピントロニクスに向けた反強磁性磁気モーメントの電気的制御機構の理解

了解反铁磁自旋电子学中反铁磁磁矩的电控制机制

基本信息

批准号：
19K15445
负责人：
羽尻哲也
金额：
$ 2.75万
依托单位：
Nagoya University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-01 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

反強磁性体は強磁性体と比べて優れた特性を持つことが明らかになり，その制御や電気的検出についての研究が盛んに行われ始めている。しかしながら強磁性体とは異なり，反強磁性ネールベクトルの電気的読み取りが難しい。そのためネールベクトルの電気的制御が実証された反強磁性体は限られており，系統的な実験は行われてきていない。本研究では反強磁性ネールベクトルの電気的制御の系統的な理解を目指し，逆ペロブスカイト窒化物反強磁性体Mn3AN薄膜を用い，①反強磁性体／強磁性体積層膜における交換結合磁界のスピントルクスイッチング，②ノンコリニア反強磁性体／重金属におけるスピン軌道トルクスイッチングを行った。反強磁性体Mn3ANはA原子によって反強磁性スピン構造や局所磁気モーメントの大きさが変化する。A = Ga, Ni, Ni0.35Cu0.65と強磁性体Co3FeNとのエピタキシャル成長した積層膜においてスピントルクスイッチングを行い，交換結合を得るための磁場中冷却方向と逆方向に外部磁場を印加しパルス電流を印加する事で交換結合磁界がすべての積層膜で反転する事，そして反強磁性層により交換結合磁界の反転が飽和する電流密度に優位な差があることを見いだした。また歪み印加をする事で異常ホール効果が発現するMn3GaN薄膜と重金属（Pt, Ta）との積層膜においてスピン軌道トルク測定を行い，歪み量から期待される異常ホール効果と同程度のホール抵抗の変化が観測された。またパルス幅依存性やパルス印加後のホール抵抗の減衰挙動より，パルス印加による熱の影響はあるものの，観測されたホール抵抗のスイッチングへの寄与は小さい事を見いだし，スピン軌道トルクである事の実証を行った。また，さらなる異常ホール効果シグナルの増大・低電流密度化を目指し，他のA原子や重金属を用いた展開を行った。

与铁磁材料相比，反铁磁材料具有更优越的性能，这一点已经很清楚，并且对其控制和电检测的研究已经开始积极进行。然而，与铁磁体不同，反铁磁尼尔矢量很难以电方式读取。因此，只有有限数量的反铁磁材料已经证明了尼尔矢量的电控制，并且尚未进行系统的实验。在本研究中，我们旨在系统地了解反铁磁尼尔矢量的电控制，并使用反铁钙钛矿氮化物反铁磁Mn3AN薄膜进行扭矩切换，②非共线反铁磁体/重金属中的自旋轨道扭矩切换。在反铁磁材料Mn3AN中，反铁磁自旋结构和局部磁矩的大小根据A原子而变化。 A = 对外延生长的 Ga、Ni、Ni0.35Cu0.65 和铁磁材料 Co3FeN 的叠层薄膜进行自旋扭矩交换，并在磁场中沿与冷却方向相反的方向施加外部磁场以获得交换耦合，并施加脉冲电流，我们发现，通过施加，所有层压薄膜中的交换耦合磁场都发生反转，并且由于交换耦合磁场饱和时的电流密度存在显着差异。反铁磁层。我们还测量了 Mn3GaN 薄膜和重金属（Pt、Ta）的叠层膜的自旋轨道扭矩，观察到施加应变时表现出异常的霍尔效应。此外，基于脉冲宽度依赖性和施加脉冲后霍尔电阻的衰减行为，我们发现虽然由于脉冲施加而存在热效应，但观察到的霍尔电阻对开关的贡献很小，表明它是自旋轨道扭矩。我们进行了演示。此外，为了进一步增加反常霍尔效应信号并降低电流密度，我们开发了使用其他A原子和重金属的方法。