Nitride-based spintronics materials for ultrafast current-induced domain wall motion

用于超快电流感应畴壁运动的氮化物自旋电子材料

基本信息

批准号：
19KK0104
负责人：
末益崇
金额：
$ 11.73万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-10-07 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、これまでNiやCo等の遷移金属不純物をMn4Nにドープした薄膜を形成し、磁化補償組成近傍において、超高速の電流駆動磁壁移動を達成してきた。R4年度は、非磁性元素である金(Au)やスズ(Sn)をドーピングしたMn4N膜(厚さ約10nm)を分子線エピタキシー法により、チタン酸ストロンチウム基板上にエピタキシャル成長し、磁気輸送特性およびX線磁気円二色性(XMCD)測定結果から磁化補償の可能性について検討した。室温での磁気輸送特性の測定から、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、異常ホール角の符号が反転した。また、SnをドープしたMn(4-y)Sn(x)Nでは、y=0.5と0.7で、さらに、y=0.7と1.0の間で、異常ホール角の符号が反転した。第一原理計算から、Mn4Nでは、面心サイトのMn原子がフェルミ準位での状態密度をほぼ占有するため、MこのMn原子が電気伝導を支配すると考えられる。このため、異常ホール角の符号反転は、少なくとも、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転したことを示唆している。しかし、角サイトのMn原子の磁気モーメントについては情報が得られないため、角および面心サイトのMn原子について、磁気モーメントの方向を確認するためXMCD測定を室温で行った。一方、Mn(4-y)Sn(x)Nでは、測定時に印加できる磁場では磁化が飽和しないため、測定には至らなかった。測定の結果、AuをドープしたMn(4-x)Au(x)Nでは、Anの組成x=0.1と0.2の間で、角サイトのMn原子の磁気モーメントの方向は変わらないが、面心サイトのMnの磁気モーメントが反転し、角サイトのMn原子のそれと平行になることが分かった。このことは、非磁性元素のドープにもかかわらず、強磁性的な振る舞いに変化したことを示す結果であり、大変興味深い。

在这项研究中，我们形成了掺杂Ni和Co等过渡金属杂质的Mn4N薄膜，并在磁化补偿成分附近实现了超快电流驱动的畴壁运动。第4年，我们利用分子束外延方法在钛酸锶衬底上外延生长了掺杂非磁性元素金（Au）和锡（Sn）的Mn4N薄膜（厚度约10 nm），并研究了磁化补偿的可能性。线磁圆二色性（XMCD）的测量结果。室温下磁输运特性的测量表明，Au掺杂的Mn(4-x)Au(x)N中的反常霍尔角的符号在An组合物x=0.1和0.2之间反转。另外，在Sn掺杂的Mn(4-y)Sn(x)N中，异常霍尔角的符号在y＝0.5～0.7之间、进而在y＝0.7～1.0之间反转。第一性原理计算表明，在Mn4N中，面心位点的Mn原子几乎占据了费米能级的态密度，因此认为Mn原子主导导电。因此，反常霍尔角的符号反转表明至少面心位置处的Mn磁矩发生了反转。然而，由于没有关于角位处 Mn 原子磁矩的信息，因此在室温下进行 XMCD 测量，以确认角位和面心位点处 Mn 原子磁矩的方向。另一方面，在Mn(4-y)Sn(x)N的情况下，在测量期间可施加的磁场中磁化未饱和，因此无法进行测量。测定的结果是，在掺杂Au的Mn(4-x)Au(x)N中，角部处的Mn原子的磁矩方向在An组成x＝0.1和0.2之间没有变化，但是角部处的Mn原子的磁矩方向没有改变，发现该处的Mn的磁矩反转并变得与角部处的Mn原子的磁矩平行。这是一个非常有趣的结果，表明即使掺杂了非磁性元素，其行为也变成了铁磁性。

项目成果

期刊论文数量（96）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Demonstration of B-ion-implanted p-BaSi2/n-Si heterojunction solar cells

B离子注入p-BaSi2/n-Si异质结太阳能电池的演示

DOI：
10.35848/1347-4065/acab08
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
1.5
作者：
Aonuki Sho;Narita Shunsuke;Takayanagi Kaori;Iwai Ai;Yamashita Yudai;Toko Kaoru;Suemasu Takashi
通讯作者：
Suemasu Takashi

Current-Driven Domain Wall Dynamics in Ferrimagnetic Nickel- Doped Mn4N Films: Very Large Domain Wall Velocities and Reversal of Motion Direction across the Magnetic Compensation Point

亚铁磁镍掺杂 Mn4N 薄膜中的电流驱动畴壁动力学：非常大的畴壁速度和穿过磁补偿点的运动方向反转