放射光ニュース
新博士紹介

指標として，磁気渦の向きの時計回り反時計回りを示す

.

氏名することにより，ビット間の磁気的干渉のない磁気ランダ

.

論文提出大学

東京大学

ムアクセスメモリー（MRAM ）を実現できることが期待

.

学位種類

博士（工学）

されている。 MRAM は DRAM に比べて不揮発性，低消2007年 3 月

費電力，高速書き込み，高耐久性という優れた点をもつカイラリティが存在する。 vortex のカイラリティを制御

谷内敏之

.

取得年月日

.

題目

.

使用施設

.

要旨

放射光光電子顕微鏡による磁性ナノ構造の磁区が，従来の MRAM では各記録ビットの磁化による磁気的構造に関する研究な相互干渉が超高密度化の壁となっている。この問題を解

KEK/PFAR NE1B, KEK/PF BL28,消する方法として，磁束が閉じた vortex の利用が検討さ

SPring-8 BL17SU, BL25SU, BL39XUれている。しかしながらこれにはカイラリティを安定に制御する方法を見出す必要がある。そこで本研究ではカイラ［序］

リティ制御を目標として，磁場によるカイラリティ制御手

近年，磁気記録デバイスは超高密度化に伴って微小化が進み，1 ビットあたりの記録領域はナノメートルサイズに法を考案し， PEEM によるカイラリティ制御の実証を試みた。

達している。ミクロン～サブミクロンサイズの磁性体の磁はじめにマイクロ磁気シミュレーションを用いて，カイ区構造はバルクと異なり，磁気物性が形状や大きさに強くラリティ制御の実現に不可欠である vortex 構造の磁化反依存する。このような磁性体の磁区構造を直接観察するこ転過程を詳細に調べた。その結果， 2 つの vortex が同時とは磁気記録デバイスへの応用のみならず微小磁性体の磁に存在するような磁化反転過程が 2 種類あり，互いに異区形成に関する基礎的な理解の上でも非常に重要である。

なる磁化曲線を持つことが分かった2)。

微小磁性体の磁区観察手法としては，現在漏れ磁束を検出計算は結晶磁気異方性を持たないパーマロイを用いて行する磁気力顕微鏡（MFM ）が主に用いられてきたが，例った。形状は直径100～ 1000 nm のディスクであり，有限えば還流磁区構造やメゾスコピック磁性体特有の渦構造の要素（セル）の大きさは 5～10 nm で行った。マイクロ磁磁化分布を持った vortex 構造は磁束が内部で閉じており気シミュレーションの結果， 2 つの vortex が同時に存在磁化分布の直接観察は困難である。これを可能にする手法

するような磁化反転過程が 2 種類あり，互いに異なる磁と し て 光 電 子 顕 微 鏡 （ PEEM ） が 注 目 さ れ て い る 。

化曲線を持つことが分かった。これら 2 種類の磁化反転

PEEM は光により放出した電子を結像するイメージング

過 程 は生 成 す る 2 つの vortex のカ イ ラ リテ ィ が等 し い技術であり，エネルギー可変かつ左右偏光切り換え可能なモードと異なるモードに分類することができる。前者では放射光を利用した X 線磁気円二色性（ XMCD ）との組みカイラリティが等しく 2 つの vortex は結合して単一 vor-合わせにより磁気モーメントの高空間分解能マッピングがtex 状態へと変化するが（ C-shaped mode ），後者ではカ可能である。

イラリティが異なるため 2 つの vortex は結合することな本研究では放射光 PEEM システムの開発を行い，メゾ

く，ゼロ磁場においても 2 つの vortex が存在することがスコピック磁性体の磁区構造の直接観察を試みた。

明らかになった（ S-shaped mode ）。これら 2 種類の磁化PEEM システムは高エネルギー加速器研究機構（KEK ）反転モードにおけるディスク内の磁化分布の変化についてと共同で開発し， KEK PF AR の AR NE1B に接続してさらに詳細に検討した結果，磁化分布の対称性がモードを実験を行った。開発した放射光 PEEM システムの性能評決定していることを明らかにした。

価を行ったところ，約 130 nm と高い空間分解能を有して以上のシミュレーションで得られた知見から，ディスクいることが分った1) 。この装置を用いて，「パーマロイ微形状の対称性を変化させ，さらに vortex 生成位置を決定細構造における vortex カイラリティ制御」および「La1xすることで磁化反転モードの制御やカイラリティの制御がSrxMnO3 薄膜およびナノ構造の磁区観察」を目的として可能になると考えることができる。本研究では Fig. 1 に示研究を行った。具体的には，前者ではメゾスコピック磁性す模式図のような形状の制御素子を新しく考案しシミュ体における磁気渦構造を制御するための磁気デバイスの設レーションを行った。その結果，磁場の印加方向によっ計と実証を，また後者では強相関酸化物薄膜における磁区て，残留状態で時計回りと反時計回りのカイラリティを持形成解明を行った。

った vortex が生成し，カイラリティ制御の可能性が示唆［パーマロイ微細構造における vortex カイラリティ制御］された。
そこでこの形状の素子を実際に電子ビームリソグラフィ

ミクロン～サブミクロンサイズのメゾスコピック磁性体とリフトオフによる微細加工により作製し， PEEM を用

ディスクは vortex と呼ばれる磁気渦構造を持つことが知いてカイラリティ制御の実証を試みた。測定は円偏光アンられている。 Vortex の状態（トポロジー）を表す一つのジ ュレ ー タビ ーム ライ ン PF AR NE1B ( KEK ) およ び

放射光 M

2007 V l 20 N 3 ● 207(C) 2007 The Japanese Society for Synchrotron Radiation ResearchFig. 1

Magnetization curve and schematic images of magnetizationconˆguration on chirality-controlled device calculated by
micromagnetics simulation.
Fig. 3Magnetic images of ferromagnetic LSMO (x＝0.4) thin ˆlmtaken at room temperature (T＝300 K) with the photon
energy of 641 eV corresponding to the Mn L3edge. The incident directions of the synchrotron radiation beam are along
the directions of (a) [100] and (b) [010], where the atomic
step direction is aligned with the [100] direction.

［La1xSrxMnO3 薄膜およびナノ構造の磁区観察］
巨大磁気抵抗素子のような磁気記録デバイスでは，磁性薄膜や微小磁性体における磁気異方性や磁区形成がデバイス特性に大きな影響を与えるため，デバイス特性の向上にはそれらを制御することが重要な技術となる。ハーフメタ
リック伝導性を有する La1xSrxMnO3 （ LSMO ）は次世代
Fig. 2XMCDPEEM image and geometry of designed permalloy
devices for chirality control. The diameter of the devices is 20mm and the thickness is 50 nm. The photon energy is set atthe Ni L3 edge. The arrows in the devices indicates clockwise
and counterclockwise magnetization rotations.

トンネル磁気抵抗素子への応用が期待されている。表面にステップテラス構造を持つ基板上に成長した LSMO エ
ピタキシャル薄膜は，ステップに誘起された一軸磁気異方性が発現することが知られている。本研究ではステップ誘起一軸磁気異方性を持った LSMO 薄膜の磁区形成を明らかにするた め， PEEM による 磁区構造観察を行った。

BL25SU（SPring-8）で行った。測定結果を Fig. 2 に示す。

LSMO（x ＝0.4）エピタキシャル薄膜はレーザー MBE 法

Fig. 2 上段はカイライリティ制御素子における，右方向磁を用いて[100]方向に原子ステップを持つ SrTiO3 (100)基

場印加後にゼロ磁場に戻した時の磁気イメージである。明板上に作製した（テラス幅100～200 nm ）。PEEM によるい領域は光の入射方向に対して平行の磁化を，暗い部分る磁区観察は円偏光アンジュレータビームラインは反平行の磁化を示している。 Fig. 2 下段に，実験結果でBL25SU（SPring-8）にて行った。

示す素子の形状と測定より明らかになったカイラリティのFig. 3 に LSMO 薄膜の磁区構造観察結果を示す。 Fig. 3

模式図を示す。素子の向きと磁場の印加方向の関係を見る( a )は放射光が基板のステップ方向（［ 100 ］）に対して平と 4 つ全ての素子のカイラリティが制御されていること行に入射したときの像である。観察結果から薄膜の磁区がが分かる。よってこの手法によるカイラリティ制御が実現

ステップ方向に細長く伸びていることが分かった。一方，可能であることが実証された2)。また直径 1 ～ 20 mm のサFig. 3(b)に示すように放射光をステップ方向に対して垂直イズの素子をそれぞれ複数作製し PEEM 観察を行ったとに入射したときの像ではこのような磁気イメージは観測さころ，全ての素子において室温で安定な制御が可能であるれなかった。以上の結果は，ステップ基板上に成長させたと分かった。この素子では磁化分布の対称性に大きな影響

磁区
LSMO 薄膜が，約 2 ～ 3 mm の幅を持った細長い180 °を与える反磁界エネルギーの安定化が熱揺らぎに耐えられが支配的に形成される一軸磁気異方性を持っていることをるほど十分に大きいため，カイラリティ制御が実現したも示している3) 。このような磁区形成は SrTiO3 基板表面ののと考えられる。

原子ステップによって誘起されたものと考えられる。また

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放射光ニュース ■ 新博士紹介

Fig. 3(b)には薄膜中に小さなコントラストが存在している。

tex の磁化反転過程を調べた。これをもとにカイラリティ

PEEM の空間分解能（100 nm 程度）を考慮すると，これ制御素子を設計し， PEEM 観察を行い制御の実証に成功

はノイズではなく有意な磁化成分を示していることが分かした。一方，ステップ誘起磁気異方性を有する LSMO 薄る。このことは磁化容易軸はステップ方向に支配的である膜の磁区形成を PEEM を用いて観察した。その結果，磁が，それとは異なった方向の面内磁化成分の存在を示して区形成に対するステップ誘起磁気異方性と形状異方性の効いると考えられる。このような磁区形成は，ステップによ果ならびにサイズ効果の影響が明らかとなった。って誘起された一軸の磁気異方性に加え，二軸の結晶磁気参考文献異方性が関係しているためだと予想される。以上の結果は磁気記録デバイスの特性向上に向けた重要な知見を与えるものと期待される。

［まとめ］
高い空間分解能を有する放射光 PEEM システムを開発

T. Taniuchi, M. Oshima, H. Akinaga and K. Ono: J. ElectronSpec. Relat. Phenom. 144147, 741 (2005).
2) T. Taniuchi, M. Oshima, H. Akinaga and K. Ono: J. Appl.
Phys. 97, 10J904 (2005).
3) T. Taniuchi et al.: Appl. Phys. Lett. 89, 112505 (2006).
1)

した。またマイクロ磁気シミュレーションを用いて vor-石楠花（シャクナゲ）ツツジ科シャクナゲ属の常緑性低木で，ニホンシャクナゲは高山で自生し，しばしばハイマツと混生する。生育には水はけがよくて保水性がある土壌を好み，空気中の湿度が高い場所が理想的である。最
近，外来種の西洋シャクナゲも多く見られ，平地でも簡単に栽培できる。葉は革質の長楕円形で，光沢のある表面は深緑色で，裏面には淡褐色または白色密毛を生ずる。初夏，つつじに似た 5 弁から 7 弁の合弁花を多数開く。その花の色は白，ピンク，赤，紫とさまざまである。
私は世界各地に友人を持っていまして，彼らから時々次のような質問を受けます。日本を訪問する季節はいつがよいのかもちろん，私の答えは 5 月の半ばから下旬と答えます。なぜなら，周囲の木々は新緑から青葉に移り，その色彩と香りはすべての人を和ませてくれるからです。

（No. 75, K. Ohshima）

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