(57)【要約】【課題】磁性薄膜における磁気異方性評価を正確に行う手段を提供する。【解決手段】本発明の磁気異方性評価方法は、平坦な平面を有する薄膜の磁性体のホール抵抗を測定するステップと、前記磁性体に磁界を印加するステップと、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性から、磁気トルク曲線を演算するステップ、及び前記演算した磁気トルク曲線から磁気異方性定数を演算するするステップと、を備えたことを特徴とする。【選択図】図３
2019190836.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な平面を有する薄膜の磁性体のホール抵抗を測定する機構と、
前記磁性体に磁界を印加する機構と、
前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性から、磁気トルク曲線を演算する第１の演算と、
前記演算した磁気トルク曲線から磁気異方性定数を演算するための第２の演算する機構と、
を備えたことを特徴とする磁気異方性評価装置。
【請求項２】
前記第１の演算では、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性に基づいて、磁化角度の磁界角度依存性を演算し、該磁化角度の磁界角度依存性から前記磁気トルク曲線を演算することを特徴とする請求項１に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項３】
前記磁性体の平面に対する磁界の印加方向である磁界角度を変えることができる機構と、
前記磁性体の平面に対する磁界の印加強度である磁界強度を変えることができる機構と、
をさらに備え、
前記磁界角度を変える機構によって磁界角度を変えながら、前記磁界を印加する機構によって前記磁性体に磁界を印加したときに前記測定する機構によって測定されるホール抵抗に基づいて、前記ホール抵抗の印加磁界角度依存性を求め、
前記磁界強度を変える機構によって磁界強度を変えながら、前記磁界を印加する機構によって前記磁性体に磁界を印加したときに前記測定する機構によって測定されるホール抵抗に基づいて得られるホール抵抗の印加磁界強度依存性と、前記ホール抵抗の印加磁界角度依存性と、に基づいて、前記磁化角度の印加磁界角度依存性を求めることを特徴とする請求項２に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項４】
前記ホール抵抗を測定する機構は、前記磁性体の表面に取り付けた電流端子および電圧端子と、前記電流端子と電気的に接続する直流電源と、前記電圧端子と電気的に接続する電圧計と、を備えたことを特徴とする請求項１乃至３いずれか一項に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項５】
前記磁性体の平面と前記磁界の印加方向とがなす磁界角度を測定する機構を備えたことを特徴とする請求項１乃至４に記載のいずれか一項に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項６】
前記磁界角度を測定する機構は、
前記磁性体の近傍で、前記磁性体の平面と略同一平面に配置したホールセンサと、
前記ホールセンサの電流端子と電気的に接続する直流電源と、
前記ホールセンサの電圧端子と電気的に接続する電圧測定器と、を備えたことを
特徴とする請求項５に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項７】
前記磁界を前記ホールセンサで読み取り、印加磁界強度と読み取り磁界強度の比較から前記磁界の印加方向を測定する角度測定機構を備えた請求項６に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項８】
前記磁性体の電気抵抗の印加磁界角度依存性を解析し、電気抵抗が最大値をとる印加磁界角度が磁化容易軸と一致することを利用して、前記ホールセンサの磁界測定方向と磁性体の磁化容易軸のずれを補正する機構を有する請求項７に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項９】
前記第１の演算は、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存曲線を、
角度を反転し重ね合わせ、正常ホール抵抗成分及び異常ホール抵抗成分を代入する演算であることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項１０】
前記正常ホール抵抗成分及び前記異常ホール抵抗成分は、磁界角度を０°として、前記ホール抵抗の磁界強度依存曲線を、磁界強度を反転し重ね合わせ、その反転重ね合わせ曲線により演算されることを特徴とする請求項９に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項１１】
０°から１８０°の前記磁界角度θHに対するホール抵抗を測定し、θH＝０°として、前記ホール抵抗の磁界強度依存性を測定する電圧測定器と、
異常ホール抵抗成分の印加磁界角度依存性を用いて、前記磁化容易軸と磁化方向とのなす角度θMを求め、前記角度θMを用いて前記磁気トルク曲線を求めるための前記演算する機構とを有する請求項８に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項１２】
前記磁性体のホール抵抗の磁界角度依存曲線は、前記ホール抵抗の測定値をＲ（θH）、θH＝０で測定した前記ホール抵抗から得られる正常ホール抵抗成分、異常ホール抵抗成分を、それぞれ、Ｒ0NHE、Ｒ0AHE、及び磁界の印加磁界Ｈを用い、以下の式（ａ）によって表され、
(Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH))／２＝Ｒ0NHEＨｃｏｓθH＋Ｒ0AHEｃｏｓθM  式（ａ）
磁化角度の磁界強度依存性は、以下の（式（ｂ）によって表され、
（Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH)）／２＝Ｒ0NHEＨ＋Ｒ0AHEｃｏｓθM        式（ｂ）
前記磁気トルク曲線Ｔは、自発磁化をＭｓとすると、以下の式（ｃ）によって表され、
Ｔ＝ＨＭsｓｉｎ(θH−θM)                                            式（ｃ）
であることを特徴とする請求項１１に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項１３】
前記第２の演算は、前記磁気トルク曲線をｓｉｎ２θ成分とｓｉｎ４θ成分でフィッティングし、
前記磁気異方性定数の第１次成分と第２次成分を導出し、
前記磁気異方性定数を算出する演算であることを特徴とする請求項１に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項１４】
前記第１次成分であるＫu1及び前記第２次成分であるＫu2を、以下の式（ｄ）から算出し、
Ｔ＝−（Ｋu1＋Ｋu2）ｓｉｎ２θM＋（Ｋu2／２）ｓｉｎ４θM    式（ｄ）
前記磁気異方性定数であるＫuを、以下の式（ｅ）から算出することを特徴とする請求項１３に記載の磁気異方性評価装置。
Ｋu＝Ｋu1＋Ｋu2＋２Ｍs2    式（ｅ）
【請求項１５】
前記磁性体の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１乃至１４いずれか一項に記載の磁気異方性評価装置。
【請求項１６】
平坦な平面を有する薄膜の磁性体のホール抵抗を測定するステップと、
前記磁性体に磁界を印加するステップと、
前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性から、磁気トルク曲線を演算するステップ、及び
前記演算した磁気トルク曲線から磁気異方性定数を演算するするステップと、
を備えたことを特徴とする磁気異方性評価方法。
【請求項１７】
前記磁気トルク曲線の演算では、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性に基づいて、磁化角度の磁界角度依存性を演算し、該磁化角度の磁界角度依存性からトルク曲線を演算することを特徴とする請求項１６に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項１８】
前記磁性体の平面に対する磁界の印加方向である磁界角度を変えることができる手段と、
前記磁性体の平面に対する磁界の印加強度である磁界強度を変えることができる手段と、
をさらに備え、
前記磁界角度を変える機構によって磁界角度を変えながら、前記磁界を印加する機構によって前記磁性体に磁界を印加したときに前記測定する機構によって測定されるホール抵抗に基づいて、前記ホール抵抗の印加磁界角度依存性を求め、
前記磁界強度を変える機構によって磁界強度を変えながら、前記磁界を印加する機構によって前記磁性体に磁界を印加したときに前記測定する機構によって測定されるホール抵抗に基づいて得られるホール抵抗の印加磁界強度依存性と、前記ホール抵抗の印加磁界角度依存性と、に基づいて、前記磁化角度の印加磁界角度依存性を求めることを特徴とする請求項１７に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項１９】
前記ホール抵抗の測定は、前記磁性体の表面に取り付けた電流端子および電圧端子と、前記電流端子と電気的に接続する直流電源と、前記電圧端子と電気的に接続する電圧測定器により行われることを特徴とする請求項１６乃至請求項１８のいずれか一項に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２０】
前記磁性体のホール抵抗の磁界角度依存曲線の測定は、前記磁性体の近傍で、前記磁性体の平面と略同一平面に配置したホールセンサと、前記ホールセンサの電流端子と電気的に接続する直流電源と、前記ホールセンサの電圧端子と電気的に接続する電圧測定器とにより行われることを特徴とする請求項１６又は請求項１９のいずれか一項に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２１】
前記磁気トルク曲線から前記磁気異方性定数を演算する工程において、前記磁性体の磁気異方性を評価する手段として、前記磁気トルク曲線によるフィッティングを用いることを特徴とする請求項１６乃至請求項２０のいずれか一項に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２２】
前記磁性体のホール抵抗の磁界角度依存曲線を測定する工程において、前記磁界を印加する機構から印加される磁界をホールセンサで読み取り、印加磁界強度と読み取り磁界強度の比較から前記磁界の印加方向を測定する角度測定手法を備えることを特徴とする請求項２１に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２３】
前記磁性体のホール抵抗の磁界角度依存曲線を測定する工程において、前記磁性体の電気抵抗の印加磁界角度依存性を解析し、前記ホールセンサの磁界測定方向と磁性体の磁化容易軸のずれを補正することを特徴とする請求項２２に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２４】
前記磁気トルク曲線の演算は、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性曲線を、
角度を反転し重ね合わせ、正常ホール抵抗成分及び異常ホール抵抗成分を代入する演算であることを特徴とする請求項１６乃至２３のいずれか一項に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２５】
前記正常ホール抵抗成分及び前記異常ホール抵抗成分は、磁界角度を０°として、前記ホール抵抗の磁界強度依存性曲線を、磁界強度を反転し重ね合わせ、その反転重ね合わせ曲線により演算されることを特徴とする請求項２４に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２６】
印加磁界角度依存曲線を測定するときに、０°から１８０°の磁界角度θHに対するホール抵抗を測定し、
正常ホール抵抗成分と異常ホール抵抗成分を演算するときに、θH＝０°として、前記ホール抵抗の磁界強度依存性を測定し、
前記印加磁界角度依存曲線を演算するときに、前記異常ホール抵抗成分の印加磁界角度依存性を用いて、前記磁化容易軸と磁化方向とのなす角度θMを求め、
前記磁気トルク曲線を演算するときに、前記角度θMを用いて前記磁気トルク曲線を求める請求項２３に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２７】
前記ホール抵抗の磁界角度依存曲線は、前記ホール抵抗の測定値をＲ（θH）、θH＝０で測定した前記ホール抵抗から得られる前記正常ホール抵抗成分、前記異常ホール抵抗成分をそれぞれ、Ｒ0NHE、Ｒ0AHE、及び磁界の印加強度Ｈを用い、以下の式（ａ）によって表され、
(Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH))／２＝Ｒ0NHEＨｃｏｓθH＋Ｒ0AHEｃｏｓθM  式（ａ）
磁化角度の磁界強度依存性は、以下の（式（ｂ）によって表され、
（Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH)）／２＝Ｒ0NHEＨ＋Ｒ0AHEｃｏｓθM       式（ｂ）
前記磁気トルク曲線Ｔは、自発磁化をＭｓとすると、以下の式（ｃ）によって表され、
Ｔ＝ＨＭsｓｉｎ(θH−θM)                                          式（ｃ）
であることを特徴とする請求項２６に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２８】
前記磁気異方性定数の演算は、前記磁気トルク曲線をｓｉｎ２θ成分とｓｉｎ４θ成分でフィッティングし、
前記磁気異方性定数の第１次成分と第２次成分を導出し、
前記磁気異方性定数を算出する演算であることを特徴とする請求項１６乃至２７のいずれか一項に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項２９】
前記第１次成分であるＫu1及び前記第２次成分であるＫu2を、以下の式（ｄ）から算出し、
Ｔ＝−（Ｋu1＋Ｋu2）ｓｉｎ２θM＋（Ｋu2／２）ｓｉｎ４θM    式（ｄ）
前記磁気異方性定数であるＫuを、以下の式（ｅ）から算出することを特徴とする請求項２８に記載の磁気異方性評価方法。
Ｋu＝Ｋu1＋Ｋu2＋２Ｍs2    式（ｅ）
【請求項３０】
前記測定する磁性体の膜厚は、１ｎｍ以上２０ｎｍ未満である請求項１６乃至請求項２９いずれか一項に記載の磁気異方性評価方法。
【請求項３１】
磁性体の磁気異方性を評価するために、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性を用いて、磁気トルク曲線を演算し、前記磁気トルク曲線から磁気異方性定数を演算する演算機構。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体の磁気異方性評価装置および磁気異方性評価方法に関し、詳しくは、トルク曲線を用いて磁気異方性を評価する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁性体の磁気異方性は、例えば、磁気記録媒体において知られる特性である。すなわち、磁気記録媒体において磁気記録の高密度化を図るべく、磁気記録層中の磁性結晶粒の粒径を縮小させる。そして、磁性結晶粒の粒径の縮小は、記録された磁化（信号）の熱安定性を低下させる。そのため、磁性結晶粒の粒径の縮小による熱安定性の低下を補償するために、磁性結晶粒を、より高い磁気異方性を有する材料を用いて形成する。その結果、磁気記録媒体の磁気記録層が磁気異方性を持つことになる。
【０００３】
比較的大きな磁気異方性を有する材料として、Ｌ１0型規則合金が提案されている。特許文献１は、Ｆｅ、ＣｏおよびＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の元素と、Ｐｔ、Ｐｄ、ＡｕおよびＩｒからなる群から選択される少なくとも１種の元素とを含むＬ１0型規則合金を記載している。代表的なＬ１0型規則合金は、ＦｅＰｔ、ＣｏＰｔ、ＦｅＰｄ、ＣｏＰｄなどを含む。
【０００４】
さらに、特許文献１には、磁気記録層を高密度化するための一方式として、磁性結晶粒の周囲を酸化物や窒化物のような非磁性結晶粒界で囲んだグラニュラー構造を用いる方法が提案されている。
【０００５】
特許文献２には、合金の結晶粒の間に非磁性物質を介在させて磁性薄膜（磁性体の薄膜）をグラニュラー膜とした構成が記載されている。このグラニュラー膜を形成するために用いられる非磁性物質として、ＳｉＯ2、Ｃｒ2Ｏ3、ＺｒＯ2、及びＡｌ2Ｏ3などが挙げられている。これらの非磁性物質は、Ｃｏ−Ｐｔ−Ｃ系合金の結晶粒を磁気的に分離する可能性が高い。
【０００６】
特許文献３には、グラニュラー構造を備えた磁性薄膜が記載されている。このグラニュラー構造は、Ｌ１1型の原子の規則構造を有するＣｏ−Ｍ−Ｐｔ合金（前記Ｍは単一若しくは複数のＣｏ，Ｐｔ以外の金属元素を示す。）を主成分とする強磁性結晶粒と、この強磁性結晶粒を取り囲む非磁性粒界とからなる。前記合金は、グラニュラー構造を持つＣｏＦｅＰｔ等の３元系規則合金である。
【０００７】
従来、以上のような、磁性体の磁気異方性の評価は、磁気トルク曲線を直接測定することによって行われていた。具体的には、例えば下記式（１）に示すような、求めた磁気トルク（曲線）Ｔから記述要素としての磁気異方性エネルギーの成分を求め、これら成分に基づいて磁気異方性定数を求める。そして、この定数によって磁気異方性の評価を行う。磁気トルク曲線を測定する方法は、例えば、非特許文献１に記載されている。この方法は、磁性薄膜に磁界を印加した際に発生する磁気トルクを力学的に測定するものである。
【０００８】
Ｔ＝−（Ｋu1＋Ｋu2）ｓｉｎ２θM＋（Ｋu2／２）ｓｉｎ４θM      式（１）
ここで、
Ｋu1：磁気異方性エネルギーの第１成分（第１次成分）
Ｋu2：磁気異方性エネルギーの第２成分（第２次成分）
θM：磁化容易軸と磁化のなす角
なお、磁気トルクとは、試料に磁界を印加して試料が磁化した時に、その内部磁化が磁界方向に向く。つまり、磁化容易方向が磁界の方向に向こうとして、試料に働く回転力である。また、磁気トルク曲線とは磁界方向（磁界角度）と磁気トルクの関係である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２０１３／１４０４６９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３５６１０号公報
【特許文献３】特開２０１０−３４１８２号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】強磁性体の物理（下）近角聰信  裳華房  １０〜２１頁（１９８４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、上述の磁気トルクを測定する方法では、試料基板や測定ホルダからの反磁界の影響や測定ノイズの影響があり、磁気トルクを精度よく測定することが困難であった。結果として、磁気異方性の評価に大きな誤差を生じる場合があった。
【００１２】
本発明は上述の問題に鑑みなされたものであって、その目的とするところは、磁性薄膜における磁気異方性評価を正確に行うことを可能とする磁気異方性評価装置および磁気異方性評価方法提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の課題を解決するための手段の一例は、平坦な平面を有する薄膜の磁性体のホール抵抗を測定する機構と、前記磁性体に磁界を印加する機構と、前記磁性体のホール抵抗の印加磁界角度依存性から、磁気トルク曲線を演算する第１の演算と、前記演算した磁気トルク曲線から磁気異方性定数を演算するための第２の演算する機構と、を備えたことを特徴とする磁気異方性評価装置である。
【００１４】
本発明の課題を解決するための手段の別の一例は、前記磁気異方性評価装置の磁界印加機構から印加される磁界をホールセンサで読み取り、印加磁界強度と読み取り磁界強度の比較から磁界方向を測定する前記角度測定機構を備えた磁気異方性評価装置、および、前記磁気異方性評価装置を用いて正常ホール抵抗および磁気抵抗の印加磁界角度依存性を導出し、正常ホール抵抗および磁気抵抗の印加磁界角度依存性を用いて、磁性体のホール抵抗の測定結果から正常ホール抵抗成分と磁気抵抗成分を分離し、磁性体の異常ホール抵抗成分の印加磁界角度依存性を導出し、異常ホール抵抗成分の印加磁界角度依存性を用いて磁性体の磁気異方性を評価する磁気異方性評価方法である。
【００１５】
磁気異方性の解析手段の一例は、前記磁気トルク曲線から前記磁気異方性定数を演算する工程において、前記磁性体の磁気異方性を評価する手段として、前記磁気トルク曲線によるフィッティングを用いる磁気異方性評価方法である。
【発明の効果】
【００１６】
上記の磁気異方性評価装置および磁気異方性評価方法を採用することによって、試料基板や測定ホルダからの反磁界の影響や測定ノイズを低減することができるため、従来の方法では評価が困難な磁性体の磁気異方性を正確に評価することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本実施の形態における磁気異方性評価装置を示す図である。
【図２】本実施の形態におけるサンプルホルダ、試料およびホールセンサの配置の図である。
【図３】本実施の形態における演算の方法を示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施例１におけるホール抵抗の磁界角度依存性の測定結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例１におけるホール抵抗の磁界強度依存性の測定結果を示すグラフである。
【図６】本発明の実施例２におけるホール抵抗の磁界角度依存性の測定結果を示すグラフである。
【図７】本発明の比較例における磁気トルク曲線を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の磁気異方性評価装置及び磁気異方性評価方法の形態について、図を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下に示す実施形態の記載内容に限定されず、本明細書等において開示する発明の趣旨から逸脱することなく形態および詳細を様々に変更し得ることは当業者にとって自明である。また、異なる実施の形態及び実施例に係る構成は、適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００１９】
本発明の一実施形態に係る磁気異方性評価装置は、磁気トルクを力学的に測定するのではなく、ホール効果による電気抵抗、すなわち、ホール抵抗を測定することによって求めるものである。すなわち、磁気トルクＴは、磁化容易軸と磁化方向のなす角で記述される下記式（２）によっても表すことができ、この式（２）の、磁化角θMを、ホール抵抗を測定することによって求め、最終的に磁気トルク（曲線）を求める。磁化容易軸と磁化方向のなす角を、以下、「磁化角度」ないし「磁化角」ともいう。より具体的には、式（２）において、試料３のホール抵抗の磁界角度依存性及び磁界強度依存性を測定することによって、磁界角度θHに対する磁化角θMの関係を求め、最終的に磁気トルク曲線を求める。なお、磁界角度依存性は、印加磁界角度依存性と、また、磁界強度依存性は、印加磁界強度依存性と呼ぶことができる。
【００２０】
Ｔ＝ＨＭsｓｉｎ(θH−θM)    式（２）
ここで、
Ｈ：磁界強度
Ｍs：飽和磁化
θH：磁界角度  換言すると、印加する磁界の角度
θM：磁化角度  換言すると、磁化容易軸と磁化方向のなす角
ホール抵抗は、後述する式（３）に示されるように、正常ホール効果（ＮＨＥ）の成分や異常ホール効果（ＡＨＥ）の成分などの成分によって表すことができる。これら成分を後述する方法によって求め、磁化角θMを求めることができる。
【００２１】
このホール抵抗は、磁性体に加えられる電流および磁化に直交する方向に発生する。磁性体としての磁性薄膜の表面に電圧端子、電流端子を直交するように配置した４端子測定を行うことで、ホール抵抗を測定できる。また、異常ホール効果による抵抗、すなわち、異常ホール抵抗ＲAHEは、電流に直交する磁化の大きさに比例するものである。一方、正常ホール効果（ＮＨＥ）による抵抗、すなわち、正常ホール抵抗ＲNHEは、電流に直交する磁界に比例するものである。
【００２２】
本発明の一実施の形態に係る磁気異方性評価装置は、平坦な平面を有する薄膜磁性体のホール抵抗を測定する機構であるホール抵抗測定機構と、磁性体に磁界を印加する機構である磁界印加機構と、磁性体の平面に対する磁界の印加方向、すなわち、磁界角度を変えることができる機構である磁界角度制御機構と、前記磁性体の平面に対する磁界の印加強度である磁界強度を変えることができる機構である磁界強度制御機構と、測定されたデータを演算する機構である演算機構とを有する。更に、前記磁界角度を測定する機構である磁界角度測定機構を有していてもよい。
【００２３】
図１は、本発明の一実施の形態に係る磁気異方性評価装置１００の構成を示すブロック図である。本実施形態の評価装置は、サンプルホルダ１、サンプルロッド９、電磁石１５、直流電源１３、電圧測定器１４、コントローラ１１、及び演算装置１２を有して構成されるものである。演算装置１２は、演算する機構ともいう。これらのうち、コントローラ１１、直流電源１３、電圧測定器１４を含んで構成される要素を物理特性測定装置１０という。サンプルホルダ１は、試料（サンプル）３を保持することができる。一方、サンプルホルダ１は、角度を変更できるギヤ機構を有したサンプルロッド９に取り付けられる。そして、磁界を印加する一対の電磁石１５の中に配置される。これにより、その詳細が後述されるように、不図示の駆動機構によってサンプルロッド９が回転し、サンプルホルダ１に保持される試料３に対する磁界の印加角度、すなわち、磁界角度を相対的に変えることができる。なお、物理特性測定装置１０に、角度を測定する機構であるコントローラ１１と、直流電源１３と、電圧測定器１４とを有する角度を測定する機構を含めても良い。
【００２４】
また、試料３には、ホール抵抗を測定するための端子が取り付けられており、直流電流を印加する直流電源１３および電圧測定器１４と、電気的に接続される。また、コントローラ１１は、電磁石１５、サンプルロッド９、直流電源１３等と電気的に接続され、磁界印加と、磁界強度と、磁界角度と、ホール抵抗測定電流とを制御する。更に、演算する機構１２は、コントローラ１１及び直流電源１３等と電気的に接続され、磁気異方性の評価のための演算を実行する。なお、図２の試料３の磁性薄膜の磁化容易軸は、磁性薄膜表面に垂直方向である場合を示している。しかし、磁性薄膜の磁化容易軸が磁性薄膜表面に垂直な方向から傾いている場合でも、後述の内容と同様である。
【００２５】
図２は、図１に示した磁気異方性評価装置の主要部を模式的に示す斜視図である。なお、図２には磁界角度測定機構として、ホールセンサ２を用いた例を示している。しかし、これに限定されるわけではない。図２において、サンプルロッド９はその棒状の一部が示されている。図１にて上述したように、サンプルロッド９にはサンプルホルダ１が取り付けられている。そして、サンプルホルダ１によって試料３が保持されている。なお、本実施形態の試料３は、測定する磁性薄膜が平坦なガラス基板等の上に形成されたものである。なお、磁性薄膜の表面上に、ＡｕやＰｔ等の金属からなる保護膜が形成されていてもよい。試料３としての磁性薄膜の膜厚は、１〜１００ｎｍが好ましい。より好ましくは、磁性薄膜の膜厚は、２〜２０ｎｍである。また、磁界の印加角度（磁界角度）θHは、平坦な磁性薄膜表面に対する垂直な磁化容易軸４から時計回りに測った角度である。
【００２６】
サンプルホルダ１において、試料３を保持する位置に対しサンプルホルダの長手方向に添った所定の距離の所定位置にホールセンサ２が設けられている。これにより、試料３に磁界を印加したときの磁界角度を測定することができる。本実施形態では、試料３の磁界角度を測定するため、ホールセンサ２は試料３と同様に板状の形状であることが好ましい。更に、ホールセンサの表面は、試料３を形成する磁性薄膜の表面と概略平行であることが好ましい。なお、本明細書において、概略平行とは、ホールセンサの表面と試料３の磁性薄膜表面のなす角が、０．５度より小さいことであり、好ましくは０．２度より小さいことである。また、ホールセンサ２は、試料３の近傍に配置されることが望ましい。本明細書において、近傍とは、磁界印加機構からの磁界が同一角度で印加される範囲のことである。そのため、ホールセンサ２と試料３とは、一つのサンプルホルダ１の平坦な同一面に配置される。さらに、試料３の表面には電流端子７ａ、７ｂ、電圧端子８ａ、８ｂが取付けられる。これにより、試料３のホール抵抗を測定することができる。電流の流れる方向と電圧測定方向は、可能な限り直交するようにそれぞれの端子を取り付けることが好ましい。
【００２７】
ホール抵抗測定機構は、試料３の磁性薄膜の表面に対して取り付けられる電流端子７ａ、７ｂ、電圧端子８ａ、８ｂ、および、直流電流を流すための直流電源１３と直流電圧を測定する電圧測定器１４を有して構成される。磁界を試料３に印加するとともに、直流電源１３から電流端子７ａ、７ｂを介して試料３に一定の直流電流Ｉを流す。そして、電圧測定器１４は、試料３の直流電流Ｉと直交する方向の起電圧Ｖを、電圧端子８ａ、８ｂを介して測定する。これらの電流Ｉと測定電圧Ｖとから、ホール抵抗ＲをＲ＝Ｖ／Ｉとして算出することができる。
【００２８】
なお、本明細書において、ホール抵抗とは、ホール効果により印加電流Ｉに直交する方向に起電力が生じるが、その起電力による電圧Ｖを印加電流Ｉで除したものである。
【００２９】
磁界印加機構は、磁力を発生させる電磁石１５、および、電磁石に電流を供給する直流電源を有する。なお、図１では、コントローラ１１に直流電源を含む。電磁石１５は、超電導マグネットが強力な磁力を発生することができるため好ましい。
【００３０】
磁界強度制御機構は、磁界印加機構に加えて、電磁石に供給する直流量を調節するためのコントローラ１１を有する。本発明に係る磁気異方性評価においては、ゼロ磁界から飽和磁化以上の磁界まで、制御しながら印加する必要がある。更に、試料３面に対して逆方向にもゼロ磁界から飽和磁化以上の磁界まで、制御しながら印加する必要がある。
【００３１】
磁界角度制御機構は、サンプルホルダ１を図１に示す矢印の方向に回転させるためのギア機構を有するサンプルロッド９、および、回転を制御するコントローラ１１を有する。なお、サンプルホルダ１を矢印の方向とは逆方向に回転させてもよい。例えば、サンプルロッド９の解放窓にギアと接続する回転部材を設け、回転部材にサンプルホルダ１を搭載する。このようなサンプルロッド９を超電導マグネットなどの電磁石１５中に配置し、コントローラ１１からギアの回転を制御することで、任意に試料３に対する磁界角度を変化させることができる。なお、ここでは、サンプルロッド９に回転機構を設けた例を示したが、サンプルロッド９ごと回転させる機構や、電磁石１５を回転させる機構であっても構わない。
【００３２】
演算機構は、ホール抵抗の磁界角度に対する反転重ね合わせ、ホール抵抗の磁界角度に対する反転重ね合わせ、反転重ね合わせの磁界強度依存の傾きからのＮＨＥ成分の算出、ゼロ切片からＡＨＥ成分の算出、磁化角度θMの磁界依存の算出、磁気トルク曲線の算出、磁気トルク曲線のカーブフィッティング、磁気異方性の第１次成分Ｋｕ１及び第２次成分Ｋｕ２の算出、及び（全）磁気異方性Ｋｕの算出を行う。
【００３３】
更に、試料３に対する印加磁界の角度（磁界角度）を測定する機構を設けてもよい。磁界角度測定機構には、実際の印加機構の角度あるいは試料３回転させる角度をエンコーダ等で機械的あるいは光学的に読み取る機構がある。また、前記のように、ホールセンサを用いて磁界角度を測定しても良い。ホールセンサを用いた方が、試料３の被検体の磁性薄膜の位置での角度を正確に測定できるため好ましい。
【００３４】
次に、本実施の形態にかかる磁気異方性評価処理の概略について説明する。図３は、この手順を示すフローチャートである。
【００３５】
まず、図３のＳ０１において、磁性体として試料３のホール抵抗Ｒの磁界角度依存曲線を求める。ここで測定されたホール抵抗Ｒ（θH）は、上述したように、正常ホール抵抗ＲNHE、および異常ホール抵抗ＲAHEなど、様々な抵抗成分を含む。
【００３６】
次に、Ｓ０２において、これら成分のうち、ホール抵抗ＲのＮＨＥ成分である正常ホール抵抗ＲNHEおよびホール抵抗ＲのＡＨＥ成分である異常ホール抵抗ＲAHEの磁界角度依存曲線を求める。すなわち、ホール抵抗Ｒの磁界角度依存曲線に関して、磁界角度に対する反転重ね合わせを行う。そうすることで、正常ホール抵抗ＲNHEと異常ホール抵抗ＲAHEの磁界角度依存曲線を求める。
【００３７】
次に、Ｓ０３において、磁性体のホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を求める。なお、磁界角度θH＝０°、すなわち、面に垂直で固定する。
【００３８】
更に、Ｓ０４において、磁界角度θH＝０時のＮＨＥ成分とＡＨＥ成分とを演算する。Ｓ０２と同様にして、ホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を、磁界強度に対して反転重ね合わせを行う。そうすることで、磁界角度θH＝０°における正常ホール抵抗と異常ホール抵抗を求める。
【００３９】
次に、Ｓ０５において、Ｓ０２で得た正常ホール効果と異常ホール効果による抵抗の磁界角度依存曲線と、Ｓ０４で得た磁界角度θH＝０°における正常ホール抵抗と異常ホール抵抗とから、磁化角度θMの磁界角度依存曲線θM（θH）を求める。
【００４０】
次に、Ｓ０６において、Ｓ０５で得た磁化角度の磁界角度依存曲線から、磁気トルク曲線、すなわち、磁気トルクの磁界角度依存性を演算する。
【００４１】
なお、Ｓ０２からＳ０６までの演算を第１の演算ともいう。
【００４２】
最後に、Ｓ０７において、Ｓ０６で得た磁気トルク曲線から磁気異方性定数Ｋｕを演算する。
【００４３】
なお、Ｓ０７を第２の演算ともいう。
【００４４】
以下、上述した磁気異方性評価処理の各工程を詳細に説明する。
【００４５】
Ｓ０１は、磁性体のホール抵抗Ｒの磁界角度依存曲線を測定する工程である。最初に、試料３を準備し、サンプルホルダ１の所定位置に搭載する。更に、試料３の表面に対して電流端子７ａ、７ｂ、電圧端子８ａ、８ｂが取付けられる。その上で、サンプルホルダ１をサンプルロッド９の回転機構部分に取付ける。更に、サンプルロッド９を電磁石１５中に配置する。上記にようにしてサンプルをセットした後、磁気角度に係るパラメータαの初期化を行う。また、電磁石１５に所定の電流を流すことで試料３に一定の磁界を印加する。ここで、印加する磁界強度は、例えば、３０００ｋＡ／ｍ〜８０００ｋＡ/ｍである。そして、一定の磁界強度を印加した状態で、ホール抵抗Ｒを測定する。ホール抵抗の測定は、前記したようにホール抵抗測定機構により行う。更に、磁界角度を変化させて、ホール抵抗Ｒを測定する。具体的には、磁界を印加する角度である磁界角度θHをα１、例えば、本実施形態では、初期値として、試料３の上面に対して垂直方向、すなわち、磁化容易軸４から０度とし、この磁界角度θH＝α１でのホール抵抗Ｒ（θH）を測定する。そして、磁界角度を所定角度分増したα２に変化させて、磁界角度θH＝α２でのホール抵抗Ｒ（θH）を測定する。これを、上記所定角度分を増しつつ繰り返しながら、磁界角度θHを０度から１８０度まで変化させて、磁界角度θHが０度から１８０度までのホール抵抗Ｒ（θH）を測定する。こうすることで、ホール抵抗Ｒの磁界角度依存曲線を得る。図４（a）は、この磁界角度依存曲線の一例を示している。
【００４６】
この測定で得られるホール抵抗Ｒは、一方で下記の成分で構成されるものとして表すことができる。
【００４７】
Ｒ＝Ｒ0NHEＨｃｏｓθH＋Ｒ0AHEｃｏｓθM＋Ｒ0MRｓｉｎ2θM＋Ｒ0B  式（３）
ここで、
Ｒ0NHE : θH＝０で測定したホール抵抗から得られるＮＨＥ成分
Ｒ0AHE : θH＝０で測定したホール抵抗から得られるＡＨＥ成分
Ｒ0MR： ＭＲ（磁気抵抗）成分
Ｒ0B : バックグラウンド抵抗、この抵抗は下地層や配線などの抵抗を示す。
【００４８】
θH  : 磁化容易軸４と磁界方向６のなす磁界角度
θM ：磁化容易軸４と磁化方向５のなす角
【００４９】
Ｓ０２では、Ｓ０１で得た測定値Ｒ（θH）から、ＭＲ成分およびバックグラウンド抵抗を除去して、正常ホール抵抗ＲNHEおよび異常ホール抵抗ＲAHEによって表される磁界角度依存曲線を演算する工程である。
【００５０】
すなわち、ＭＲ成分などを磁界角度θHに対するホール抵抗の測定値Ｒ（θH）の反転重ね合わせをすることによって除去する。具体的には、磁界角度がθHと１８０−θHでの測定データＲ（θH）の差分をとることで除去する。すなわち、(Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH))／２を計算し、その結果、
(Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH))／２＝Ｒ0NHEＨｃｏｓθH＋Ｒ0AHEｃｏｓθM  式（４）
を得ることができる。図４（ｂ）は、正常ホール抵抗ＲNHEおよび異常ホール抵抗ＲAHEの磁界角度依存曲線の一例を示している。ここで、ＭＲ成分が消去されるのは、磁界角度に対する対称性から、磁界角度θHと１８０−θHでのθMは等しいためである。また、バックグラウンド抵抗は磁場角度に依存せず、一定であるためである。
【００５１】
Ｓ０３では、磁性体のホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を測定する工程である。Ｓ０１と同じように、最初に、電磁石１５中に試料３をセットした後、電磁石１５に所定の電流を流すことで試料３に磁界を印加する。ただし、Ｓ０３では、磁界角度を試料３の上面に対して垂直方向、すなわち、θH＝０°で固定する。その上で、磁界強度を変化させて、それぞれの磁界強度でのホール抵抗Ｒを測定する。ホール抵抗の測定は、前記したようにホール抵抗測定機構により行う。例えば、印加する磁界強度を０ｋＡ／ｍ→＋５６００ｋＡ/ｍ→０ｋＡ／ｍ→逆向きの磁界として−５６００ｋＡ/ｍ→０ｋＡ/ｍと変化させていく中で、１０ｋＡ/ｍおきにホール抵抗Ｒを測定する。このように、印加する磁界強度を変化させると、図５に示すようなヒステリシスループを描く曲線が得られる。なお、印加する磁界強度の最大値は±５６００ｋＡ/ｍである必要はなく、±３０００ｋＡ／ｍ〜±８０００ｋＡ/ｍであればよい。こうすることで、ホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を得る。
【００５２】
Ｓ０４は、磁界角度θHが０°における正常ホール抵抗Ｒ0NHEと異常ホール抵抗Ｒ0AHEの成分を演算する工程である。
【００５３】
ここではまず、Ｓ０３で得たホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を、磁界強度に対する反転重ね合わせＲ(Ｈ)−Ｒ(-Ｈ)を行う。こうして、
（Ｒ(Ｈ)−Ｒ(-Ｈ)）／２＝Ｒ0NHEＨ＋Ｒ0AHE 式（５）
を計算する。そして、θH＝０°のときは、磁化角度θMは０°であるため、ｃｏｓθM は１となる。図５は磁界強度依存曲線の一例を示している。このとき、上述したように、磁界角度に対する対称性から、ＭＲ成分、バックグラウンド成分は除去されている。
【００５４】
ここで、磁界強度が測定対象の磁性体の飽和磁界よりも大きい部分、例えば、図５においてヒステリシスループが閉じている部分では、ＡＨＥ成分は変化せず、ＮＨＥ成分のみが変化する。このため、磁界の変化量ΔＨに対するホール抵抗変化ΔＲは、正常ホール抵抗Ｒ0NHEとなる。つまり、図５のΔＲ／ΔＨ＝Ｒ0NHEである。
【００５５】
また、磁界強度が測定対象の磁性体の飽和磁界よりも小さい所、例えば、図５においてヒステリシスループが開いている部分は、一定のＡＨＥ成分と磁界強度Ｈに比例するＮＨＥ成分とによるものである。このため、異常ホール抵抗Ｒ0AHEは、磁界強度依存性のゼロ切片として得られる。つまり、図５の異常ホール抵抗Ｒ0AHEである。
【００５６】
Ｓ０５は、磁化角度の磁界角度依存曲線を演算する工程である。具体的には、Ｓ０２で得た正常ホール効果と異常ホール効果による抵抗の磁界角度依存曲線である式（４）に、Ｓ０４で得た正常ホール抵抗Ｒ0NHEと異常ホール抵抗Ｒ0AHEを代入する。
【００５７】
まず、式（４）を変形し、下記式（６）を得る、その上で、Ｓ０４で得た正常ホール抵抗Ｒ0NHEを代入する。このようにして得られた曲線が図４（ｃ）である。
【００５８】
Ｒ0AHEｃｏｓθM＝(Ｒ(θH)−Ｒ(１８０−θH))／２−Ｒ0NHEＨｃｏｓθH  式（６）
【００５９】
さらに、両辺をＳ０４で得た異常ホール抵抗Ｒ0AHEで除することで、最大値を１とする規格化を行う。これは規格化された磁化の膜面垂直成分と等しい。こうすることで、下記式（７）で示される磁化角度θMの磁界角度依存曲線を演算する。
【００６０】
ｃｏｓθM＝（（Ｒ（θＨ）−Ｒ（１８０−θＨ））／２−Ｒ0NHEＨｃｏｓθH）／Ｒ0AHE  式（７）
【００６１】
Ｓ０６は、Ｓ０５で得た磁化角度θMの磁界角度依存曲線から、磁気トルク曲線を演算する工程である。すなわち、上述した磁化角度θMで記述される磁気トルクの式（２）に、Ｓ０５で得られたｃｏｓθMより得られる式（７）を代入して、磁気トルク曲線、すなわち、磁気トルクの磁界角度依存性を得る。図４（ｄ）はこのトルクの磁界角度依存性の一例を示している。
【００６２】
Ｔ＝ＨＭsｓｉｎ(θH−θM)  式（２）
ここで、
θM＝ｃｏｓ-1（（（Ｒ（θＨ）−Ｒ（１８０−θＨ））／２−Ｒ0NHEＨｃｏｓθH）／Ｒ0AHE）        式（８）
【００６３】
Ｓ０７は、Ｓ０６で得た磁気トルク曲線から磁気異方性定数Ｋuを演算する工程である。先ず、磁気トルク曲線の２θM、４θM成分をカーブフィッティングによる求める。次に、以下の磁気異方性エネルギーの磁気トルク関係式（式（９））から、磁気異方性定数の第１次成分Ｋu1、第２次成分Ｋu2を算出する。
【００６４】
Ｔ＝−（Ｋu1＋Ｋu2）ｓｉｎ２θM＋（Ｋu2／２）ｓｉｎ４θM    式（９）
次に、全磁気異方性定数Ｋuを磁気異方性エネルギーの関係式（式（１０））で算出する。
【００６５】
Ｋu＝Ｋu1＋Ｋu2＋２Ｍs2    式（１０）
【００６６】
次に、本実施の形態にかかる磁気異方性評価方法の変形例について説明する。
【００６７】
前記Ｓ０１〜Ｓ０７の工程では、磁界角度θHを正確に評価することが必要である。特に、グラニュラー磁性薄膜では、ホール抵抗の測定値における正常ホール抵抗成分Ｒ0NHEおよび磁気抵抗成分Ｒ0MRの影響が大きい。そのため、異常ホール抵抗成分Ｒ0AHEを正しく導出するには、θHの評価精度を高める必要がある。そこで、本実施の形態の変形例では、磁気異方性評価装置が磁界角度θHとして、磁界角度測定機構又は、磁界角度測定手法により得られた測定値を用いる。これにより、評価時の設定値を用いていたのに対して、磁界角度θHの評価精度が高まり、その結果、異常ホール抵抗成分Ｒ0AHEをより正しく導出でき、磁気異方性Ｋuをより正しく評価できる。
【００６８】
本実施の形態の変形例における磁気異方性評価装置では、磁界角度測定機構として、ホールセンサ２を用いる。ホールセンサ２は、固有方向の磁界強度を測定するものである。この場合、ホールセンサの表面に垂直方向の成分の磁界強度を測定する。磁界と電流に垂直方向にホール電流を生じるホール効果より測定できる。本実施の形態の変形例では、ホールセンサ２の磁界測定方向と試料３の磁化容易軸４とのずれを補正する工程と、ホールセンサ２の磁界強度を測定する工程と、磁界角度θHを算出する工程を含む。これにより、評価時の試料３の磁化容易軸４方向と磁界強度θHを高い精度で評価できる。
【００６９】
具体的な方法を次に示す。ホールセンサ２の磁界測定方向と試料３の磁化容易軸４とのずれを補正する工程は、試料３においてθH＝０°、したがってθM＝０°で最大値を取ることを利用し、その時点でのホールセンサ２の磁界強度を磁化容易軸４方向の磁界強度ＨZとする工程である。これにより、データ解析の際に測定データのθH依存性の原点を調整することができる。
【００７０】
次に、ホールセンサ２の磁界強度を測定する工程は、試料３の磁性薄膜のホール抵抗の磁界角度依存性の測定時に、同時にホールセンサ２により磁界強度Ｈも測定する。つまり、ホールセンサ２の磁界強度Ｈの磁界角度依存性を測定する。この曲線は、磁界角度θHが０°を頂点とするコサイン曲線をとる。そして、例えば、ホールセンサ２による磁界強度Ｈに対する試料３のホール抵抗の曲線を得ることができる。
【００７１】
磁界角度θHを算出する工程は、ホールセンサ２で読み取った磁界強度Ｈと磁化容易軸４方向の磁界強度Ｈzから、磁界角度θHを以下の式で算出する。こうすることで、ホールセンサ２で読み取った磁界強度Ｈを用いて、精度よく磁界角度θHを得ることができる。
【００７２】
θH＝ｃｏｓ-1（Ｈ／Ｈz）  式（１１）
【００７３】
試料３は、例えば、ガラスや酸化物結晶などの絶縁体からなり、平坦な面を有する基板上に、磁性薄膜が形成されている。測定できる材料は磁気異方性を有する材料であれば特に限定されない。また、測定に用いる磁性体は所定の厚さを有する薄膜状態の場合について説明するが、これに限定されるものではない。所定の形状に成形されたバルクでも測定することは可能である。なお、磁性薄膜の表面上に、ＡｕやＰｔ等の金属からなる保護膜が形成されていてもよい。基板の厚さは、０．２〜１０ｍｍが好ましい。磁性薄膜の膜厚は、１〜１００ｎｍが好ましい。より好ましくは、その膜厚は、１〜２０ｎｍである。こうすることで、磁性薄膜のハンドリング性がよく、また、本来の磁性薄膜の特性および磁気記録媒体として実際に使用される磁性薄膜の膜厚での特性に近い値が得られる。例えば、Ｌ１0型規則合金からなる磁性薄膜は、膜厚によって、本来の磁性薄膜の特性が変わってしまうことがある。特に、磁性薄膜の膜厚が２０ｎｍより厚くなると、規則性が乱され、磁気記録媒体として使用される磁気異方性定数と大きく異なる。そのため、本来の磁性薄膜の特性が得られる膜厚、および磁気記録媒体として使用される膜厚で測定する必要がある。
【００７４】
しかしながら、このような膜厚の磁性薄膜において、磁気トルクの測定出力が小さく、磁気異方性定数を測定しようとした場合、基板上に形成された磁性薄膜の試料は大きな面積を必要とする。そのため、従来の機械的な磁気トルクを測定する方法では、基板などからの反磁界の影響や力学的ノイズの影響で、正確な磁気異方性定数を測定することが困難であった。例えば、従来の機械的な磁気トルクによる測定では、ノイズレベルのＲＭＳ（二乗平均平方根）は、１０-5Ｎｍが限界であり、それ以下の測定はできなかった。厚い膜厚においても反磁界の影響や力学的ノイズの影響で、正確に磁気異方性定数を測定することは難しいが、特に、試料の磁性薄膜が１ｎｍから２０ｎｍと薄い膜厚の場合、測定が困難であった。なお、ノイズレベルとは、信号成分に存在する高周波の雑音成分のレベルである。ここでは、そのレベルをＲＭＳ値で示した。ノイズレベルのＲＭＳは、ノイズの程度を示す指標の一つである。
【００７５】
一方、本実施の形態の磁気異方性評価装置及び磁気異方性評価方法では、磁性薄膜に端子をつけ、磁性薄膜のみを測定するので、反磁界の影響がほとんどない。また、磁性薄膜を電気的に測定できるので、力学的ノイズを低減することができる。そのため、上記のような、１ｎｍから２０ｎｍと薄い膜厚の試料３でも正確な磁気異方性定数を測定することができる。例えば、本実施の形態の方法による磁気トルクによる測定では、ノイズレベルのＲＭＳを、１０-9Ｎｍ以下に低減することができた。磁性薄膜の膜厚が１ｎｍから１０ｎｍであっても、良好に測定することができる。
【００７６】
発明者が従来の磁気トルクを力学的に直接測定する方法によりグラニュラー構造を備えた磁性薄膜の磁気異方性評価を実際に行ったところ、グラニュラー化に伴う磁気トルクの減少、磁性薄膜の厚膜、及び測定レベルの限界により、磁気異方性を正しく算出できないことを確認しているが、本実施の形態の磁気異方性評価装置及び磁気異方性評価方法を用いることにより、磁気異方性を正しく算出することが可能となる。
【００７７】
なお、本実施の形態では、物理特性測定装置１０とは別に演算装置１２を接続し演算を行ったが、物理特性測定装置内に演算する機構を設けて演算を行ってもよい。
【実施例１】
【００７８】
本実施例の磁気異方性評価装置は、Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｄｅｓｉｇｎ社の物理特性測定装置１０（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｓｙｓｔｅｍ；  ＰＰＭＳ）と、ホール抵抗測定用サンプルロッド９からなる。物理特性測定装置１０は、少なくとも、磁性体に磁界を印加する機構（サンプルホルダ１、サンプルロッド９、及び電磁石１５）と、コントローラ１１と、直流電源１３と、電圧測定器１４とを有する角度を測定する機構とを有し、演算装置１２と電気的に接続している。この物理特性測定装置１０のノイズレベルのＲＭＳは、１０-9Ｎｍ以下であった。サンプルロッド９は、物理特性測定装置１０が印加する磁界方向６と測定用の試料３の磁化容易軸４の間の磁界角度θHを変えられるように、測定用の試料３を一軸回転する機構、すなわち、磁界方向と磁性体の磁化容易軸の間の角度を変えることができる機構を有する。サンプルロッド９には、試料３のホール抵抗測定とホールセンサ２の読み出しを同時に行うように測定端子が配置されたサンプルホルダ１を配置した。試料３のホール抵抗測定は、磁性体の磁化容易軸４、電圧方向、および、電流方向が互い直交するように電圧端子８ａ、８ｂと電流端子７ａ、７ｂを配置し、４端子法で行った。これにより、磁化容易軸４の磁化に比例した異常ホール抵抗を評価できる。本実施例のホールセンサ２は、ＦＷ  Ｂｅｌｌ社製のＢＨＡ−９２１を用いた。
【００７９】
本実施例で評価した磁性体は、磁気記録媒体に一般に用いられるガラス基板に、Ｌ１0型規則合金のＦｅＰｔ磁性結晶粒と、前記磁性結晶粒を取り囲むカーボン（Ｃ）非磁性部とからなる磁性薄膜を膜厚４ｎｍで形成したものである。本実施例では、磁性薄膜の膜厚を４ｎｍで形成したが、磁性薄膜は連続膜であればよく、また、その膜厚は、測定の可能な１ｎｍ以上が好ましく、２ｎｍ以上がより好ましい。また、Ｌ１0型規則合金のような規則合金を含む磁性薄膜の場合は特性変化を抑えるために、１０ｎｍ未満であればよい。非磁性部のカーボン（Ｃ）は体積分率で２０％添加されており、これによりＦｅＰｔ−Ｃ磁性薄膜はグラニュラー構造を有する。ＦｅＰｔ−Ｃ磁性薄膜の直下にはＭｇＯ（酸化マグネシウム）を含む下地層が形成されている。測定に際しては、板厚０．６ｍｍ、長さ３ｍｍ、幅８ｍｍの直方体に切り出された試料３を用いた。
【００８０】
磁性薄膜の磁気異方性を評価するために、実施の形態と同様の方法を用い、磁性薄膜のホール抵抗の値を用いてトルク曲線を算出し、磁気異方性定数を演算した。
【００８１】
まず、図３のＳ０１において、磁性体のホール抵抗Ｒの磁界角度依存曲線を測定する。なお、磁界強度を一定とする。ここで測定されたホール抵抗Ｒ（θH）は、正常ホール抵抗ＲNHE、および異常ホール抵抗ＲAHEによる抵抗の他に様々な抵抗成分を含む。なお、本実施例のホール抵抗測定は、印加磁界５６００ｋＡ/ｍ、電流３００μＡで行った。また、磁界角度θHを設定値０〜１８０度を１度刻みで変化させた。
【００８２】
次に、Ｓ０２において、これら成分のうち、ホール抵抗ＲのＮＨＥ成分である正常ホール抵抗ＲNHEおよびホール抵抗ＲのＡＨＥ成分である異常ホール抵抗ＲAHEの磁界角度依存曲線を求める。すなわち、ホール抵抗Ｒの磁界角度依存曲線を、磁界角度に対して反転重ね合わせを行う。そうすることで、正常ホール抵抗ＲNHEと異常ホール抵抗ＲAHEによる磁界角度依存曲線を演算する。
【００８３】
次に、Ｓ０３において、磁性体のホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を測定する。なお、磁界角度θH＝０°すなわち、面に垂直で固定する。
【００８４】
更に、Ｓ０４において、磁界角度θH＝０°時のＮＨＥ成分とＡＨＥ成分とを演算する。ホール抵抗Ｒの磁界強度依存曲線を、磁界強度に対して反転重ね合わせを行う。そうすることで、磁界角度θH＝０°における正常ホール抵抗と異常ホール抵抗を演算する。
【００８５】
次に、Ｓ０５において、Ｓ０２で得た正常ホール効果と異常ホール効果による抵抗の磁界角度依存曲線と、Ｓ０４で得た磁界角度θH＝０°における正常ホール抵抗と異常ホール抵抗とから、磁化角度の磁界角度依存曲線を演算する。
【００８６】
次に、Ｓ０６において、Ｓ０５で得た磁化角度の磁界角度依存曲線から、磁気トルク曲線、すなわち、トルクの磁界角度依存性を演算する。
【００８７】
最後に、Ｓ０７において、Ｓ０６で得た磁気トルク曲線から磁気異方性定数Ｋｕを演算する。
【００８８】
Ｓ０１〜Ｓ０７の工程により、実施の形態１で説明された式（１）〜（１０）を得ることができる。
【００８９】
図４（ａ）に、実施例のホール抵抗の磁界角度依存性の測定データを示す。図４（ｂ）に、Ｓ０２時のデータ（式（３））、図４（ｃ）に、Ｓ０５時のデータ（式（５））、図４（ｄ）に、（Ｓ０６）後のデータ（式（８））、すなわち、磁気トルク曲線を示す。また、図５はＳ０５で用いたホール抵抗の磁界強度依存性（式（４）である。正常ホール抵抗Ｒ0NHEは磁場範囲４０００ｋＡ／ｍ〜５６００ｋＡ／ｍおよび−５６００ｋＡ／ｍ〜−４０００ｋＡ／ｍでの傾きの平均として求めた。Ｓ０６時の磁気トルク曲線は、図４（ｄ）の通り、正弦波形状をしており理論式でフィッティングは容易である。このフィッティングの結果、得られた磁気異方性はＫu＝２３．６Ｍｅｒｇ／ｃｍ3であった。これは、本実施例の磁性薄膜に妥当な値であった。また、フィッティングにおける残差平方和は０．０２３（Ｍｅｒｇ／ｃｍ3）2／ｄｅｇ．であり、問題なくフィッティングできていることがわかった。なお、残差平方和とは、データ曲線とフィッティング曲線との間の数値差を平方したものの和であり、フィッティングの不一致を評価する尺度である。磁気異方性Ｋu＝１０〜７０Ｍｅｒｇ／ｃｍ3程度の試料においては、残差平方和は、１.０（Ｍｅｒｇ／ｃｍ3）2／ｄｅｇ．以下であることが好ましい。より好ましくは、残差平方和は、（Ｍｅｒｇ／ｃｍ3）2／ｄｅｇ．は、０．１以下である。
【００９０】
なお、本実施例では、磁界角度θHを設定値０〜１８０度を１度刻みで変化させたが、例えば、磁気トルク曲線が得られる程度に、偶数の値の角度刻みで変化させたり、ランダムに角度刻を変化させてもよい。
【実施例２】
【００９１】
本実施例は、磁界角度をホールセンサによる測定値ではなく、装置の設定値とした以外は、実施例と共通である。
【００９２】
図６（ａ）に、比較例の測定データを示す。図６(ｂ)に、Ｓ０２時のデータ（式（３））、図６(ｃ)に、Ｓ０５時のデータ（式（５））、図６(ｄ)に、Ｓ０６時のデータ（式（８）磁気トルク曲線）を示す。図６（ｄ）に示すように、理論的に得られるべき正弦波波形から多少波形が乱れるが、理論式での正確なフィッティングは可能であった。フィッティングを実行した場合の残差平方和は０．５０５（Ｍｅｒｇ／ｃｍ3）2／ｄｅｇ．であり、実施例と比べフィッティング精度が若干劣るが、測定に支障はなかった。フィッティング精度が悪いことがわかった。これは、本実験例のように装置の設定値を用いた場合より、ホールセンサによって磁界角度測定した方が、磁界角度の測定精度が若干良いためであると考えられる。
【比較例】
【００９３】
本比較例では、磁気トルク曲線を力学的に測定した。測定には、有限会社ハヤマ製のトルク磁力計を用いた。また、測定に使用する磁性体は実施例と同じ試料を用いた。
【００９４】
図７に磁気トルク曲線を示す。図７に示すように、０度から２２度付近まで正のトルク、２２度付近から９０度付近まで負のトルク、９０度から１５７度付近まで正のトルク、１５７度付近から１８０度付近まで負のトルクとなった。また、ノイズによる高周波成分が多かった。そのため、式（９）によるカーブフィッティングに対して、大きな誤差を生じた。ノイズレベルのＲＭＳは、１０-5Ｎｍ程度であった。また、カーブフィッティングによる残差平方和は、３．０５（Ｍｅｒｇ／ｃｍ3）2／ｄｅｇ．で実施例と比べ著しくフィッティング精度が悪いことがわかった。そのため、測定ごとにＫｕの測定値が大きく変動し、正確な測定は困難であった。
【００９５】
以上により、本発明によれば磁性薄膜が１０ｎｍ程度と薄くても良好に測定出来ることがわかる。
【符号の説明】
【００９６】
１  サンプルホルダ
２  ホールセンサ
３  試料
４  磁化容易軸
５  磁化方向
６  磁界方向
７ａ、７ｂ  電流端子
８ａ、８ｂ  電圧端子
９  サンプルロッド
１０  物理特性測定装置
１１  コントローラ
１２  演算装置
１３  直流電源
１４  電圧測定器
１５  電磁石
１００  磁気異方性評価装置
【図１】
2019190836.tif 000003
【図２】
2019190836.tif 000004
【図３】
2019190836.tif 000005
【図４】
2019190836.tif 000006
【図５】
2019190836.tif 000007
【図６】
2019190836.tif 000008
【図７】
2019190836.tif 000009