単原子層制御による貴金属フリー垂直磁化規則合金膜の創製とスピントロニクスへの応用

单原子层控制制备无贵金属垂直磁化有序合金薄膜及其在自旋电子学中的应用

基本信息

批准号：
11J08329
负责人：
小嶋隆幸
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J08329/
关键词：
希少元素貴金属磁気異方性垂直磁化膜 L10 FeNi

项目摘要

ハードディスク等の高密度磁気記録媒体においては垂直磁化膜が用いられ、記録を安定に保つために一軸磁気異方性エネルギー(K_u)が大きなPtを用いた材料が使用されている。そこで本研究では、Ptのように希少で高価な貴金属を用いない垂直磁化膜材料としてFe-Co-Ni系規則合金に着目し、試料作製および特性評価を行った。本年度は以下の研究を行った。L1_0-FeNiの組成はFeリッチにした方が磁気異方性が大きくなり、Fe_<60>Ni_<40>で9.3×10^5J/m^3という最大の瓦が得られた。一方、規則度は組成がストイキオメトリから外れるほど減少した。また、X線磁気円二色性の測定結果は、Feの軌道磁気モーメントが異方性を有し、スピン軌道相互作用を通じてL1_0-FeNiのK_uを発現させていることを示唆した。理論計算もL1_0-FeNiのK_uはFeが担っていることを示唆しており、本研究によってFeをリッチにすることが瓦増大のための方策の一つであることが示された。L1_0-FeNiへのCo添加の影響について調べたところ、CoはNi層の一部を置換するように添加した場合、規則度は減少したが瓦は僅かに増大したことから、規則度の減少を抑えればCo添加はK_uの増大に有効であることが示唆された。Fe(1原子層)/Ni(n原子層)の多層膜を作製したところ、Niの厚さが2原子層以上になるとK_uがほぼゼロとなったことから、L1_0-FeNiの磁気異方性は界面磁気異方性とは本質的に異なることが明らかとなった。L1_0-FeNi薄膜をCu(001)単結晶基板上へ成長する場合、Auもしくは酸素をサーファクタントとして利用することにより、瓦を向上させることができた。最後に、スピントロニクスへの応用へ向け、強磁性共鳴によりL1_0-FeNi薄膜のダンピング定数を評価し、規則化、組成および瓦との関係を調べた。

垂直磁化薄膜用于硬盘等高密度磁记录介质，为了保持记录稳定，采用具有高单轴磁各向异性能(K_u)的Pt材料。因此，在本研究中，我们重点关注Fe-Co-Ni有序合金作为不使用Pt等稀有且昂贵的贵金属的垂直磁化薄膜材料，并制备了样品并评估了其特性。今年，我们进行了以下研究。当L1_0-FeNi的成分富含Fe时，磁各向异性变大，Fe_<60>Ni_<40>获得最大磁各向异性9.3×10^5J/m^3。另一方面，当组成偏离化学计量时，有序度降低。此外，X射线磁圆二色性测量结果表明，Fe的轨道磁矩具有各向异性，L1_0-FeNi的K_u是通过自旋轨道相互作用来表达的。理论计算还表明，Fe 是 L1_0-FeNi 中 K_u 的原因，这项研究表明，富集 Fe 是增加屋顶瓦尺寸的策略之一。当我们研究添加Co对L1_0-FeNi的影响时，我们发现当添加Co取代部分Ni层时，有序度下降，但屋顶瓦片的有序度略有增加，这表明添加Co是有效的。如果受到抑制，则增加 K_u。制作Fe（1原子层）/Ni（n原子层）的多层膜时，当Ni厚度为2原子层以上时，K_u几乎为零，因此L1_0-FeNi的磁各向异性可知：界面磁各向异性与界面磁各向异性本质上不同。当在Cu(001)单晶衬底上生长L1_0-FeNi薄膜时，使用Au或氧作为表面活性剂可以改善屋顶瓦的性能。最后，针对自旋电子学的应用，我们通过铁磁共振评估了L1_0-FeNi薄膜的阻尼常数，并研究了其与有序、成分和瓦片的关系。