微小強磁性トンネル接合の低電流スピン注入磁化反転

微铁磁隧道结的低电流自旋注入磁化反转

• 批准号: 06J05093
• 负责人: 介川 裕章
• 金额: $ 0.64万
• 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: 2006
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2006 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-06J05093/
• 关键词: スピントルク; 強磁性二重トンネル接合

スピン注入磁化反転(CIMS)はスピン偏極電流によりナノマグネットの磁化を反転させる技術である。磁化反転には磁化固着層(ピン層)から供給されるスピントルクが大きな役割を果たしている。CIMSはトンネル磁気抵抗型不揮発性メモリ(MRAM)の低動作電力化,大容量化のためのキーテクノロジーであるが,現状では十分な理解が進んでいない。申請者は,CIMSに関するより詳細な理解を得るために,絶縁層を2層有する強磁性トンネル接合(MTJ)である強磁性二重トンネル接合(DTJ)に注目した。DTJは2つのピン層を有するため,その両者から供給されるスピントルクがCIMS現象に大きな影響を与えると考えられる。特に,2つのピン層の磁化配列が平行と反平行では大きな違いが現れることが予測され,実際にどのような違いが現れるかを明らかにした。結果として,平行配列したピン層を持つDTJでは,CIMS挙動は変則的となり,時には不安定な抵抗状態も生じる様子が確認された。これは絶縁層を一層しか持たないMTJ(STJ)では観察されない現象であり,2つのピン層から打ち消し合うようなスピントルクが発生していると考えられる。したがって,この構造では正常なCIMS挙動が抑制されるように振る舞うことがわかった。一方,反平行配列したピン層を持つDTJでは,磁化反転が起こる電流密度がSTJと比べて半減し,CIMS効率が高まっていることがわかった。この構造では,ピン層から強め合うようなスピントルクが発生すると考えられ,結果としてCIMSが促進されているように振る舞うことが示された。この反平行配列したピン層を持つDTJはCIMSの反転電流密度の低減に有用な構造であり,MRAMへの応用も期待できる。

自旋注入磁化反转（CIMS）是一种利用自旋极化电流反转纳米磁体磁化的技术。从磁化固定层（固定层）提供的自旋扭矩在磁化反转中起主要作用。 CIMS是降低隧道磁阻非易失性存储器（MRAM）运行功耗和增加容量的关键技术，但目前尚未完全了解。为了更详细地了解CIMS，申请人重点研究了铁磁双隧道结（DTJ），它是具有两个绝缘层的铁磁隧道结（MTJ）。由于 DTJ 有两个引脚层，因此认为从两个引脚层提供的自旋扭矩对 CIMS 现象有很大影响。特别是，预测两个固定层的平行和反平行磁化排列之间会有很大差异，并且我们澄清了实际发生的差异。结果证实，在具有平行布置的pin层的DTJ中，CIMS行为变得不规则并且有时出现不稳定的电阻状态。这种现象在只有一个绝缘层的 MTJ (STJ) 中观察不到，并且被认为是由两个固定层相互抵消的自旋力矩引起的。因此，我们发现该结构的行为方式抑制了正常的 CIMS 行为。另一方面，在具有反平行排列的固定层的DTJ中，与STJ相比，发生磁化反转的电流密度减半，并且CIMS效率得到提高。在该结构中，认为增强的自旋扭矩是从销层产生的，结果表明CIMS表现得好像它被促进了一样。具有这种反平行钉扎层阵列的DTJ是降低CIMS反转电流密度的有用结构，并且也有望应用于MRAM。