Discovery Sagaサイレントキーワード俯瞰

スピングラス / クラスターグラス / スピン波 / 希土類鉄ガーネット / メモリ効果 / スピンクラスターグラス / 磁気異方性 / スピンエレクトロニクス

磁場・温度・光等の外場の入力履歴を記憶する履歴記憶素子の実現に向けて、ガーネット構造高温スピンクラスターグラスLu3Fe5-2xCoxSixO12薄膜を作製した。Lu3Fe5O12はフェリ磁性体で非常に小さいスピン波のダンピング定数を示す。異方性Co2+及び非磁性Si4+を置換することでランダムネスとフラストレーションを導入し、約200Kにスピン凍結温度を示すスピングラス挙動を確認した。さらに磁場及び温度の履歴を記憶するメモリ効果を示し、多数の準安定状態が存在するポテンシャル構造を有することが示唆された。x=0.1の試料においてはスピングラス挙動とスピン波励起を両立することが見出された。

本研究ではスピントロニクスの中心的研究対象である強磁性体・反強磁性体のような秩序系ではなく、スピングラスという無秩序系を対象としている点に学術的特色がある。その複雑なポテンシャル構造（多谷構造）において特徴的な磁化応答は先行研究によって証明されており、スピン波との相関に発展させることは意義がある。スピングラスのポテンシャルはニューラルネットワークと同じモデル式で表現され、脳型記憶素子実現に向けた足掛かりとして社会的意義がある。

スピングラス / スピンバルブ / 交換結合膜 / 多値メモリー / 磁気抵抗 / 磁性多層膜 / 交換結合 / 磁気異方性

リエントラントスピングラスNiMn薄膜を用いたスピンバルブ型の巨大磁気抵抗(GMR)磁気メモリの構築のため、NiMn/Cu/Ni3層膜を作成し、その磁気異方性の膜厚依存性と熱的安定性の評価を行った。さらに磁気抵抗の磁場依存性を測定することによるGMR出現の可能性を検討した。
初期真空度〜10^<-9>Torr(成膜時10^<-4>Torr)の超高真空Arイオンビームスパッタ法を用いて石英基盤上にNiMn/Cu多層膜およびNiMn/Cu/Ni3層膜層膜試料を得た。SQUID磁力計による磁気測定、磁気抵抗測定およびAFMによるCu層界面のラフネスの測定を行った。
これまで、NiMn/Cu多層膜において膜厚の減少に伴いサイズ効果による磁気転移温度の減少が観測されてきた。今回、成膜後にアニール処理を行った結果、スピングラス転移温度はほとんど変化しないものの、強磁性転移温度の上昇が観測された。これより、GMR効果に必要な大きさの磁化がより高温領域まで保持され得ることが分かった。また、これまでCu層厚が薄いNiMn/Cu/Ni3層膜において、NiMnおよびNi両磁性層の磁気的な結合によりNiMNの一方向異方性の減少およびNiの保磁力の増大が観測されてきたが、今回、より詳細なCu層厚依存性を調べた結果、Cu層厚が30Å〜59Åの間で、磁気的結合が生じ始めることが分かった。この結果は両磁性層間で非結合を必要とする3層型のGMR膜構築の際非常に重要な情報となる。また磁気抵抗のCu層厚依存性においても同様な磁気異方性の振る舞いが観測された。しかしながら、非磁性Cu層とNi, NiMn磁性層との抵抗差が小さく、観測された磁気抵抗は主に異方性磁気抵抗効果に起因するものであり、NiMnおよびNiの磁化反転に伴う大きな抵抗変化を確認することはできなかった。

スピングラス / 磁気相転移 / 磁気異方性 / 磁気記憶

スピングラス秩序の安定性の向上および磁気秩序の制御に関して以下の研究結果を得た。
1.スピングラスNi_<71.5>Mn_<28.5>(300Å)およびスピングラスNi_<71.5>Mn_<28.5>(300Å)//Ag(300Å)/Ni(100Å)薄膜を作成し、磁化の温度依存性および時間依存性を調べ、強磁性層のスピングラス層に及ぼす影響を検討した。零磁場冷却と磁場中冷却後に測定したNiMn/Ag/Ni薄膜の磁化の温度依存性は、NiMn薄膜と比較して高温まで差を生じた。熱残留磁化M_rの時間依存性測定の結果をM_r=M_0‐S log tの関数により解析した。二つの試料において、スピングラスの緩和率を表すSは、ほぼ等しい温度で0になったが、NiMn/Ag/Ni薄膜の残留磁化M_0はNiMn薄膜に比べて高温まで有限に維持されることが分かった。この結果は、スピングラス状態が強磁性層を近付けることにより高温まで安定に維持されることを示唆する。
2.現有のSQUID磁力計に石英ファイバをにより光(He‐Ne633nm)を導入し、スピングラス半導体Cd_<1‐x>Mn_xTeの光励起に伴う磁化の変化を測定した。その結果、等温残留磁化が光照射とともに減少した。この現象は熱残留磁化においても観測されたが、等温残留磁化と熱残留磁化とでは照射光強度依存性に違いが見られた。
以上の結果から、強磁性体との多層化によりスピングラス秩序の安定性が向上することが分かった。また、スピングラス半導体において光励起による磁気秩序制御の可能性が見いだされた。
3.現在、今回購入した温度可変インサートを現有のSQUID素子と組み合わせ、より詳細な実験のための温度可変交流SQUID磁化率測定系を作成中である。