ナノ強磁性細線における磁壁の電流駆動の研究

纳米铁磁线中畴壁的电流驱动研究

• 批准号: 06J03402
• 负责人: 谷川 博信
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2008
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J03402/
• 关键词: 磁壁; 磁壁電流駆動現象; 垂直磁気異方性; Waler breakdown; 強磁性細線; スピントルク; しきい電流密度; 強磁性糸細胞; 磁壁(Domain wall); 磁壁電流駆動; 微細加工; 磁気力顕微鏡(MFM); 磁壁の電流駆動; ナノ秒パルス; MFM(Magnetic Force Microscopy)

近年、強磁性細線中の磁壁電流駆動現象についての研究が盛んに行われている。磁壁が電流によって駆動する物理現象は、スピントランスファー効果と呼ばれている。この現象を用いることで、磁壁を用いたメモリデバイスの書き込みに応用できることが期待される。しかしながら、これまで実験で用いられてきた面内磁化を有する強磁性材料においては、磁壁を電流によって駆動させるために必要な電流密度(しきい電流密度)が非常に高いために、デバイス応用のためには新規材料を用いたしきい電流密度の低減が必須であると考えられてきた。近年、そのブレイクスルーとして垂直磁気異方性を有する強磁性体を用いれば、しきい電流密度が低減できるという理論計算が報告された。その報告に基づいて、垂直磁気異方性を有するCo/Ni薄膜を微細加工して試料を作製し、磁壁電流駆動実験を異常ホール効果によって電気的に検出した。その結果、しきい電流密度は従来用いられてきたNiFe合金のものと比べて低くなることを実験的に示した。また、しきい電流密度の細線幅依存性について調べた結果、理論計算から導かれたしきい電流密度の細線幅依存性の振る舞いと一致していることがわかった。また、面内磁化材料であるNiFe細線において、外部磁場による磁壁の移動確率を異方性磁気抵抗効果を用いて電気的に測定した。その結果、外部磁場が増加すると磁壁移動確率が極小値をとるという現象を実験的に発見した。このような特異な現象は、マイクロマグネティクス計算結果と半定量的に一致しており、磁壁移動確率減少の原因はWalker breakdownによる磁壁の内部構造変化と細線端のラフネスの存在が関係していることを明らかにした。

近年来，人们积极开展铁磁线中畴壁电流驱动现象的研究。磁畴壁受电流驱动的物理现象称为自旋转移效应。通过利用该现象，有望应用于使用畴壁的存储器件的写入。然而，迄今为止已用于实验的具有面内磁化的铁磁材料中，用电流驱动磁畴壁所需的电流密度（阈值电流密度）极高，因此难以用于器件应用。人们认为使用新材料降低阈值电流密度至关重要。近年来，作为突破性进展，理论计算表明，使用具有垂直磁各向异性的铁磁材料可以降低阈值电流密度。基于该报告，我们通过微加工具有垂直磁各向异性的Co/Ni薄膜制作了样品，并利用反常霍尔效应进行了电检测畴壁电流驱动实验。结果，实验表明阈值电流密度低于传统使用的NiFe合金的阈值电流密度。此外，作为研究阈值电流密度对细线宽度的依赖性的结果，发现该行为与根据理论计算导出的阈值电流密度的细线宽度依赖性的行为一致。此外，我们利用各向异性磁阻效应，对面内磁化材料 NiFe 线中由于外部磁场而发生磁畴壁移动的概率进行了电测量。结果，我们通过实验发现了随着外磁场增大，磁畴壁移动概率取最小值的现象。这种独特的现象与微磁计算的结果半定量一致，磁畴壁移动概率下降的原因与Walker击穿和粗糙度的存在导致磁畴壁内部结构的变化有关。细电线的末端揭示了这一点。

项目成果

Current-Driven Domain Wall Motion in Co/Ni Wires with Perpendicular Magnetic Anisotropy

具有垂直磁各向异性的 Co/Ni 线中电流驱动的畴壁运动

• 发表时间: 2008
• 作者: H. Tanigawa;T. Koyama;N. Ohshima;S. Fukami;N. Ishiwata;S. Kasai;T. Ono
• 通讯作者: T. Ono

外部磁場下におけるパルス電流誘起磁壁電流駆動

外磁场下脉冲电流感应畴壁电流驱动

• 发表时间: 2007
• 作者: 谷川 博信;近藤 浩太;葛西 伸哉;小野 輝男
• 通讯作者: 小野 輝男

磁壁の磁場駆動における確率的ピニング効果

磁畴壁磁场驱动中的随机钉扎效应

• 发表时间: 2008
• 作者: 谷川博信;小山知弘;Maciej Bartkowiak;仲谷栄伸;葛西伸哉;小野輝男
• 通讯作者: 小野輝男

Domain Wall Motion Induced by a Pulsed-Current in a NiFe Wire

NiFe 线中脉冲电流引起的畴壁运动

• 发表时间: 2008
• 作者: H. Tanigawa;T. Koyama;K. Kondou;S. Kasai;T. Ono
• 通讯作者: T. Ono

Direct Observation of DW Motion Induced Nano-second Current Pulse

直接观察 DW 运动感应纳秒电流脉冲

• 发表时间: 2007
• 作者: H.Tanigawa;K.Yano;K. Kondou;S.Kasai;and T.Ono.
• 通讯作者: and T.Ono.