αコランダム型ヘテロ酸化物薄膜の作製と電気磁気効果に関する研究

α-刚玉型异质氧化物薄膜的制备及电磁效应研究

基本信息

批准号：
13J06203
负责人：
下村直樹
金额：
$ 1.41万
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：
2013
资助国家：
日本
起止时间：
2013-04-01 至 2015-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では電気磁気(Magneto-electric :ME)効果を有するコランダム型酸化物であるCr2O3薄膜を用いた電界制御磁気記録デバイスの実現に向けた取り組みを行った。α-Fe2O3/Cr2O3積層構造を用いたスピン相関による動作温度向上のために主に二点の研究成果が得られた。まず、Fe2O3バッファー上に作製したCr2O3膜厚20nmの試料において格子ひずみによる結晶磁気異方性の増加を用いることでTBの増加が得られた。結果、スペーサ層による交換結合エネルギーの低減と組み合わせることで20nmのCr2O3薄膜でも室温付近まで交換バイアス磁界を観測することに成功した。一方で格子歪みにより10%程度ネール温度TNの低下が観測されたが、この低下はスピン相関を利用したTNの向上により充分回復出来るものであるため、格子ひずみも異方性向上の手段として十分使えると考えられる。また、α-Fe2O3薄膜のモーリン転移温度TMを磁化の電界制御の動作温度以上に高め、垂直スピン配列を高温まで維持することが必要となる。そこでIrを添加して、スピン-軌道相互作用を高めることで、Fe2O3の結晶磁気異方性を向上させることを試みた。メスバウア測定および磁化測定により、1%のIrをドープしたα-Fe2O3薄膜は室温において垂直方向に異方性を有する反強磁性薄膜であることが確認され、少なくとも400K以上にTMが存在する事が分かった。磁気デバイスへの応用を考える上ではこれらに加えてスピン相関を利用したネール温度の向上が不可欠であり、さらにCr2O3薄膜の膜厚を低減させた上で交換バイアス磁界を発現することが今後最も重要な課題となる。そのため、格子歪みに加えてα-Fe2O3薄膜において得られたIr(5d元素)ドープによる異方性向上といった方法をCr2O3薄膜に対しても適用する必要があると考えられる。

在这项研究中，我们致力于使用 Cr2O3 薄膜实现电场控制磁记录装置，Cr2O3 薄膜是一种具有磁电 (ME) 效应的刚玉型氧化物。利用α-Fe2O3/Cr2O3堆叠结构通过自旋关联提高工作温度获得了两项主要研究成果。首先，在 Fe2O3 缓冲液上制作的 Cr2O3 膜厚为 20 nm 的样品中，通过使用因晶格应变而导致的磁晶各向异性的增加来获得 TB 的增加。结果，通过结合间隔层对交换耦合能量的减少，即使在室温左右的 20 nm Cr2O3 薄膜中，我们也成功地观察到了交换偏置磁场。另一方面，由于晶格应变，观察到尼尔温度 TN 降低了约 10%，但这种降低可以通过利用自旋相关性改善 TN 来完全恢复，因此晶格应变也是改善各向异性的充分手段。以为可以用。此外，需要将α-Fe2O3薄膜的莫林转变温度TM提高到电场控制磁化的工作温度以上，并在高温下保持垂直自旋取向。因此，我们尝试通过添加Ir来增加自旋轨道相互作用来改善Fe2O3的磁晶各向异性。穆斯堡尔测量和磁化强度测量证实，掺杂1% Ir的α-Fe2O3薄膜在室温下是具有垂直各向异性的反铁磁薄膜，并且至少在400 K以上存在TM。明白了。除此之外，在考虑应用于磁性器件时，利用自旋相关性来提高尼尔温度是至关重要的，并且未来最重要的是通过减少Cr2O3薄膜的厚度来开发交换偏置磁场。一个重大挑战。因此，除了晶格应变之外，认为还需要应用通过将在α-Fe 2 O 3 薄膜中得到的Ir(5d元素)掺杂到Cr 2 O 3 薄膜中来改善各向异性的方法。