国立大学法人東海国立大学機構 黑料网大学院理学研究科の大村 浩貴 博士前期課程学生（研究当時）、小森 祥央 助教、井村 敬一郎 講師、谷山 智康 教授らの研究グループは、黑料网超高圧電子顕微鏡施設の荒井 重勇 特任准教授、依田 香保留 技術支援員と共同で、FeRhと强磁性体の界面において磁気相転移によって制御可能な巨大な垂直磁気异方性が発現することを発見しました。
不挥発磁気メモリ注6)をはじめとするスピンデバイスの高密度化には、漏れ磁場の少ない面直方向の磁化を実現するための、強い垂直磁気异方性を有する強磁性薄膜が求められています。近年、強磁性体/反強磁性体注7)界面における磁気交换结合注8)に基づく垂直磁化の発现が报告され、报告例は少ないものの、従来の复雑な多层构造や强いスピン轨道相互作用注9)を必要としない新たな构造として着目されています。
本研究では、Fe(強磁性)/FeRh(反強磁性)界面において、磁気交換結合に基づく強い垂直磁気异方性の発現を見出しました。また、FeRhの室温付近での反強磁性-強磁性相転移によって、この垂直磁気异方性を制御できることを実証しました。
贵别搁丑の磁気相転移は强诱电体注10)と组み合わせることで、电界での制御が可能となるため、スピンデバイスの高密度化に必要な垂直磁化の省电力制御につながる新现象として期待されます。
本研究成果は、2023年6月29日午前1時（日本時間）付国際学術雑誌「Physical Review Applied」に掲載されました。
?磁気相転移注1）物质の鉄ロジウム(贵别搁丑)注2）と强磁性体注3）の界面で発現する強い垂直磁気异方性注4）の発见
?磁気相転移による垂直磁気异方性の制御を実証
?不挥発メモリを含むスピンデバイスの高密度化注5）に必要な垂直磁化の省电力制御につながる新现象
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注1) 磁気相転移：
物质中の磁気秩序状态が外的条件によって异なる状态に移り変わること。
注2) FeRh合金：
鉄とロジウムからなる叠2(塩化セシウム)型规则构造の合金。反强磁性を示すが360碍以上に昇温することで强磁性状态への磁気相転移が起こる。温度以外にも、磁场や圧力で磁気相転移を诱起することが可能である。
注3) 強磁性体：
磁场を印加しなくても自発的に磁化されている物质。磁场の印加によってその方向に强く磁化される。
注4) 垂直磁気异方性：
磁化が薄膜面と垂直の方向に向きやすい性質。垂直磁気异方性が大きいほど垂直方向に強く磁化される。
注5) スピンデバイスの高密度化：
磁化の向きで情报の処理や保存を行うスピンデバイスにおいて、上向きと下向きの垂直磁化を用いて横方向への漏れ磁场を减らすことなどによって、デバイスの密度(集积度)を高めること
注6) 不挥発磁気メモリ：
磁性体の磁化を用いて电力の供给无しにデータを保持するメモリ。
注7) 反強磁性体：
隣り合う磁性原子の磁気モーメントが互いに反対方向を向いて整列している物质。単体では磁化を持たないが、强磁性体との接合では强磁性体の磁気的な性质を大きく変化させる。
注8) 磁気交換結合：
2つの电子の轨道が重なり合うときに电子のスピンに関係して生じる磁気的な结合。
注9) スピン軌道相互作用：
電子が持つスピンと軌道の角運動量の間の相互作用。例えば、強磁性体とプラチナのような重金属の界面では、強いスピン軌道相互作用による実効的な磁場によって、強い垂直磁気异方性が発現する。
注10) 強誘電体：
电场がない状态でも自発分极を持ち、电场を印加することで分极の方向を反転させることができる物质。
雑誌名：Physical Review Applied
論文タイトル：Controllable perpendicular magnetic anisotropy in Fe/Fe100-xRhx heterostructures probed by ferromagnetic resonance
著者：H. Omura, S. Komori, S. Arai, K. Yoda, K. Imura, T. Taniyama
(全て黑料网関係者)
DOI: 10.1103/PhysRevApplied.19.064077
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