反対称層間交換相互作用を有する人工反強磁性構造における電流誘起高速磁化反転

具有反对称层间交换相互作用的人造反铁磁结构中电流感应的快速磁化反转

基本信息

批准号：
22KJ0265
负责人：
増田啓人
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Nagoya University (2023)Tohoku University (2022)
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

層間交換結合は、強磁性/非磁性/強磁性で構成される磁性多層膜において、上下の強磁性層間に非磁性中間層を介した強磁性結合もしくは反強磁性結合をもたらす対称的な磁気相互作用である。近年、このような磁性多層膜の面内方向に空間反転対称性の破れが生じた場合、反対称的な層間交換結合が発現することが明らかになった。本研究では、層厚傾斜を活用することにより面内方向の空間反転対称性の破れを設計し、対称及び反対称層間交換結合の性質を探求してきた。令和４年度では以下の研究成果を得た。①対称的な層間交換結合を有する磁性多層膜における電流誘起磁化反転プロセスの解明対称的な層間交換結合を有する磁性多層膜を用いた電流誘起磁化反転は実証されているが、そのメカニズムは十分に理解されておらず、系統的な調査が求められていた。本研究ではPt/Co/Ir/Co/Pt構造のIr層厚を変え層間交換結合強度が異なる試料を用意し、ホールバーデバイスへと微細加工して電流誘起磁化反転を調べた。その結果、電流誘起磁化反転プロセスが磁気構造に依存することをカー顕微鏡による磁区構造観察により明らかにした。また、マクロスピンモデルに基づいた数値計算によりローカルな電流誘起磁化反転プロセスを示し、層間に強磁性的な結合を有する場合の方が層間に反強磁性的な結合を有する場合より反転に要する電流値が小さくなることを明らかにした。②反対称層間交換結合を有する磁性多層膜における電流誘起磁璧移動Pt/Co/Ir/Co/Ptデバイスに500 nsのパルス幅の電流を印加した後の磁区構造をカー顕微鏡により観察したところ、電流印加方向に沿って磁璧移動が生じることが明らかになった。また、下部Co層に層厚傾斜を導入することにより反対称層間交換結合を誘起させた場合、磁璧移動の速度が増大することが分かり、反対称層間交換結合の有用性を示唆する結果が得られた。

层间交换耦合是由铁磁/非磁/铁磁材料构成的磁性多层膜中的上下铁磁层之间通过非磁性中间层产生铁磁耦合或反铁磁耦合的效应。近年来，已经清楚的是，当在这种磁性多层膜的面内方向上空间反转对称性被破坏时，会发生反对称的层间交换耦合。在本研究中，我们利用层厚度梯度设计了面内方向空间反演对称性的破缺，并研究了对称和反对称层间交换耦合的性质。 2020财年，我们获得了以下研究成果。 ① 阐明具有对称层间交换耦合的磁性多层薄膜中的电流感应磁化反转过程使用具有对称层间交换耦合的磁性多层薄膜的电流感应磁化反转已被证明，但其机制尚未完全理解和需要。系统的调查。在本研究中，我们在具有不同层间交换耦合强度的 Pt/Co/Ir/Co/Pt 结构中制备了不同 Ir 层厚度的样品，将其微加工成霍尔棒器件，并研究了电流感应磁化反转。结果，我们通过使用克尔显微镜观察磁畴结构澄清了电流感应磁化反转过程取决于磁结构。此外，基于宏自旋模型的数值计算证明了局部电流引起的磁化反转过程，并且揭示了层间存在铁磁耦合时反转所需的电流高于层间存在反铁磁耦合时的电流值。变小。 ②具有反对称层间交换耦合的磁性多层薄膜中的电流感应磁壁运动向Pt/Co/Ir/Co/Pt器件施加脉冲宽度为500 ns的电流后，使用克尔显微镜观察磁畴结构结果表明，磁壁运动沿着电流施加的方向发生。此外，还发现，当通过将层厚度梯度引入下部Co层来引发反对称层间交换耦合时，磁壁移动的速度增加，这表明了反对称层间交换耦合的有用性。