Si/Al界面のナノスケール傾斜制御と高効率スピン流生成に関する研究

Si/Al界面纳米级倾斜控制及高效自旋电流产生研究

基本信息

批准号：
22K20359
负责人：
洞口泰輔
金额：
$ 1.83万
依托单位：
Keio University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-08-31 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究の目的は電気伝導度勾配を生み出すSi-Al傾斜材料の作製、成膜・熱処理条件による傾斜制御とスピン流生成特性変化の定量化を通したスピン渦度結合の物理の解明である。本年度はSi-Al傾斜材料/強磁性体薄膜を数種類の成膜条件で作製し、スピン流生成効率を定量評価した。スパッタ圧力、成膜速度によってスピントルク効率が異なることを発見し、最大のスピントルク効率を示す条件の試料についてST-FMR法とダンピング変調法の2種類の手法で評価した。我々はどちらの手法においてもSi-Al傾斜導入によってスピントルク効率が増大する結果および、傾斜幅が小さいほどトルク効率が大きいという傾向を観測した。これにより、組成傾斜とスピン流生成の相関を強く示唆する証左を得たと言える。また、本年度は当初の予定を早めSiAl傾斜材料に対して熱処理を加える実験も遂行した。Si-Al傾斜材料/NiCu膜を成膜後に真空中(＜10^-4 Pa)にて150、250、350℃の各温度で30分熱処理を加えた後、微細加工を施しST-FMR測定を行った。その結果250℃の熱処理後の試料ではNiCuの飽和磁化が半減、300℃の熱処理では強磁性共鳴信号が全く見えないという結果となった。これは熱処理によってAl/NiCu界面での原子混合が生じ、NiCuの磁化が失われたことが原因と考えられる。このAl/NiCu界面拡散は本研究の目的であるSi/Al界面の熱処理制御とその評価の妨げになる問題である。これはプロセスの改善(成膜中アニール)、Al/NiCu界面へのバリア材料導入などの検討を行い来年度計画の「熱処理条件による傾斜構造制御」を遂行する必要があることが明らかとなった点で重要な知見である。

这项研究的目的是通过制造产生电导率梯度的SI-AL梯度材料来阐明自旋涡度耦合的物理，基于膜形成和热处理条件控制斜坡以及量化自旋当前发电特征的变化。今年，在几个不同的膜形成条件下制造了Si-Al梯度材料/铁磁薄膜，并对当前发电效率进行了定量评估。我们发现，自旋扭矩效率取决于溅射压力和膜形成速度，并在显示出最大自旋扭矩效率的条件下评估了使用两种方法：ST-FMR和阻尼调制。在这两种方法中，我们都观察到Si-Al倾斜的引入提高了自旋扭矩效率，并且倾斜宽度越小，扭矩效率越大。可以说已经获得了证据，表明组成梯度与自旋当前产生之间存在相关性。此外，今年，我们进行了一项实验，在该实验中，对最初计划的热处理应用于唾液梯度材料。沉积Si-Al梯度材料/NICU膜后，在150、250和350°C的温度下对真空（<10^-4 PA）进行热处理30分钟，然后进行精细的加工和ST-FMR测量。结果，在250°C的热处理后，在样品中将NICU的饱和度磁化磁化量减半，而在300°C的热处理时，根本看不到铁磁共振信号。人们认为这是由于热处理在Al/NICU界面引起原子混合的事实引起的，从而导致NICU的磁化损失。此Al/NICU界面扩散是一个阻碍Si/Al界面的热处理控制的问题，这是本研究的目的及其评估。这是一个重要的发现，因为已经有必要作为明年计划的一部分进行“基于热处理条件的坡度结构的控制”，包括改进工艺（胶片形成过程中的退火），以及向AL/NICU界面引入屏障材料。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Si/Al組成傾斜材料における非相反スピン変換

Si/Al成分梯度材料中的非互易自旋转换

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
洞口泰輔，C. He;Z. Wen，大久保忠勝，三谷誠司，介川裕章，藤本純治;山野井一人;松尾衛;能崎幸雄
通讯作者：
能崎幸雄

Spin Torque Generation using Si/Al Compositional Gradient Material

使用 Si/Al 成分梯度材料生成自旋扭矩

DOI：
发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
0
作者：
T. Horaguchi;C. He;Z. Wen;T. Ohkubo;K. Hono;S. Mitani; H. Sukegawa;J. Fujimoto;K. Yamanoi;M. Matsuo;and Y. Nozaki
通讯作者：
and Y. Nozaki

ST-FMR 測定における周波数依存アーティファクト

ST-FMR 测量中与频率相关的伪影