電界による磁壁駆動

电场驱动的畴壁

• 批准号: 14J05371
• 负责人: 柿堺 悠
• 金额: $ 2.05万
• 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: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2017-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J05371/
• 关键词: スピントロニクス; 電界効果; 磁壁; 磁区; 多磁区; スピントロニクス; 電界効果; 磁壁; 磁区; 多磁区

これまで多磁区構造にあるCo超薄膜への電界の印加による磁区構造の変化から、磁壁エネルギーが電界により変化していることがわかったが、その変調の起源は実験的には明らかとなっていなかった。近年、磁気異方性エネルギーとともに磁壁のエネルギーに関連する交換スティフネス定数が電界によって変調されるということが理論的に示された。そこで、多磁区構造の磁区幅を定量的に評価し、磁気異方性定数・飽和磁化の電界変調の寄与を考慮することで、交換スティフネス定数が電界によりどれほど変化しているのかを調査した。その結果、交換スティフネス定数が約50%変化することがわかった。本結果は理論値と実験値とでは定量的な差はあるものの、変調方向は一致していた。実験的に交換スティフネス定数の電界制御を実現できたことはスピントロニクス分野における磁性制御に新た視点を与えるものと考えられる。さらに、磁壁エネルギーの変化を応用して電界による磁壁駆動を試みた。空間的に傾斜の付いた電界を試料に印加すれば、磁壁エネルギーにも空間的な勾配ができるため、無磁場・無電流でより磁壁エネルギーの低くなる方向へ磁壁を移動できると期待される。そこで、キャパシタ構造のゲート電極の面内方向に電圧を印加し、ゲート電極中の電位降下を利用して細線の長手方向に対して傾斜のついた電界を印加した。そして、一定磁場の下で磁壁移動を観察した結果、磁壁移動速度が位置に依存する振る舞いが見られた。この磁壁移動速度の位置依存性から磁壁エネルギーが位置に依存していることが確かめられたが、無磁場においては磁壁エネルギーの勾配に由来した磁壁移動は見られなかった。傾斜のついた電界の印加下における磁壁移動速度の磁場依存性から磁壁エネルギーの勾配に起因した有効磁場を見積もったが、本系においては磁壁移動を誘起するには小さすぎることが示された。

到目前为止，由电场在多域结构中应用于Ultrathin CO膜引起的域结构的变化表明，由于电场而改变了域壁能量，但该调制的起源尚未在实验中揭示。近年来，从理论上讲，与磁壁和磁各向异性能量相关的交换刚度常数由电场调节。因此，我们定量评估了多域结构的磁域宽度，并通过考虑磁各向异性常数和饱和磁化的贡献，研究了由于电场而导致的交换刚度恒定变化的程度。结果，发现交换刚度恒定变化约50％。尽管在此结果中的理论和实验值之间存在定量差异，但调制方向是一致的。人们认为，交换刚度常数的电场控制的实验实现被认为是对旋转磁场中磁控制的新观点。此外，通过将域壁能量的变化应用于电场，尝试了域壁驾驶。通过将空间倾斜的电场应用于样品，还将在域壁能量中创建空间梯度，并且可以预期，域壁将朝着域壁能量较低而没有磁场且没有电流的方向移动。因此，在电容器结构的栅极电极的平面内方向上施加电压，并通过利用栅极电极的电势下降来施加具有薄导线的倾斜倾斜方向的电场。然后，由于观察恒定磁场下域壁的运动，发现域壁的运动速度取决于位置。域壁运动速度的这种依赖性证实了域壁能量取决于位置，但是在非磁场，由于域壁能量的梯度，未观察到域壁运动。由于域壁的速度依赖域壁运动的磁场依赖性在倾斜电场的应用下估算了域壁能量梯度引起的有效磁场，但显示出它太小而无法诱导该系统中的域壁运动。