作成者: 遠藤恭(東北大学大学院工学研究科)研究プロジェクト名: 磁性薄膜の磁化ダイナミクスメカニズム概要: 次世代省エネ型スピントロニクスデバイスの創製・設計にあたり、デバイスを構成する磁性薄膜の磁化ダイナミクス(ダンピング定数、FMR周波数およびFMR線幅など)を理解することが重要である。本研究PJでは、この磁化ダイナミクスと、他の磁気パラメータ(磁気異方性や磁気ひずみなど)を詳細に検討し、それらの関連性の有無を明確にし、磁性薄膜の磁化ダイナミクスの起源を理解する。得られた知見をもとにして、デバイスを構成する磁性薄膜の設計指針を確立し、デバイスの性能・信頼性の向上へとつなげる。コアメンバー:  遠藤恭(東北大)、Nguyen Thi Van Anh(東北大)、白土優(大阪大)、中谷亮一（大阪大）、室賀翔（秋田大）新規磁化ダイナミクス計測法(伝送線路型プロービング高周波磁気計測技術）磁化ダイナミクス(ダンピング定数)と磁気ひずみの関係(10 nm厚Ni-Fe膜)
性薄膜の磁化ダイナミクスは,スピントロニクスデバイスの動作を担う主要な基本原理であその電界制御はデバイスの省エネ化を実現するうえで重要である.本研究では,磁性薄膜に化ダイナミクスの基本特性（ダンピング定数、磁気共鳴周波数、周波数帯域幅等）と他の破パラメ一タについて検討し、それらの関連性の有無を理解した上で、磁化ダイナミクスのメカにする。得られた知見に基づいて、デバイスを構成する薄膜材料設計指針の確立半能・信頼性の向上につなげる。 Si Composition,[at.%]図 Fe-Si(10 nm)薄膜におけるダンピング定数αと飽和磁気ひずみλsのSi組成(x)依存性主要発表論文等: [1] Y. Endo et al., Appl. Phys. Lett., 112, 252403 (2018). [2] O. Mori, Y. Endo, Y. Shimada, S. Yabukami, R. Utsumi, Trans. Magn. Soc. Jpn., 2, 52 (2018). [3] Y. Endo, Magn. Jpn., 14, 33 (2018).

要:磁性薄膜における磁化ダイナミクスは、スピントロニクスデバイスの動作を担う主要な基盤素技術であり、その原理に関する理解はデバイスの設計・開発する上で重要となる。本研究では磁性薄膜における磁化ダイナミクスの基本パラメ一タにあたるダンピング定数、磁気共鳴周波数、周波数帯域幅と、他の磁気パラメ一タを詳細に検討し、それらの関連性の有無を理解した上で、破化ダイナミクスの原理を明確にする。得られた知見に基づいて、スピントロニクスデバイスを構成す薄膜材料設計指針の確立、デバイスの性能・信頼性の向上につなげる。主要発表論文等: [1] Y. Endo et al., The Papers of Tech. Meeting on “Magnetics”, IEEJ, MAG-19-201, 23 (2019)., [2] Y. Endo et al., J. Magn&Magn. Mater., 487, 1 (2019)., [3] Y. Endo et al., Abstract for 64t" Annual Conference on MMM (2019).他他
概要：省エネ型スピントロニクス素子を構成する磁性薄膜における磁化ダイナミクスは、素子を駆動する上での主要な要素技術の一つであり、そのメカニズムの理解は素子の創製・設計において重要な課題である。本研究では,磁性薄膜における磁化ダイナミクスの基本特性(ダンピング定数、強磁性共鳴周波数および線幅など)と、他の磁気特性(磁気異方性や磁気ひずみなど)を詳細に検討し、それらの関連性の有無を明確し、そのメカニズムを理解する。得られた知見に基づいて、素子を構成する薄膜材料設計指針の確立、素子の性能・信頼性の向上につなげる。研究成果(実施状況):  Fe系二元合金(Fe-M)薄膜における面内および面直ダンピングをBroadband強磁性共鳴法により評価し、比較検討を行った。M=Niの場合、面内ダンピングと面直ダンピングは同程度であり、外部磁界の印加方向によらず材料固有のダンピングの観測が可能である。一方で、M=Si, Co, Gaの場合、面内ダンピングが面直ダンピングに比べて2〜5倍高くなった。この原因は、膜面平行に外部磁界を印加する場合2-マグノン散乱もしくは異方性分散などの磁気的な不均一性による不均一モードが発生することによるものと考えられる。以上のように、材料によって外部磁界の印加方向を慎重に選択する必要があることを示唆している。表1  Fe-M薄膜における面内ダンプと面面ダンプの比較
0.0108 0.0332 0.0260 // film plane Out-of-plane damping (α ) in case of magnetic field 0.0064 0.0055      0.0072 0.0074 L film plane主要発表論文等: [1] Y. Endo et al., Abstract of INTERMAG2021, FP-11 (2020)., [2] Y. Endo et al., IEEJ Func.&Mater., 141, 118 (2021)他.
概要:次世代省エネ型スピントロニクスデバイスの創製・設計にあたり、デバイスを構成する磁性薄膜の磁化ダイナミクス(ダンピング定数、FMR周波数およびFMR線幅など)を理解することが重要である。本研究PJでは、この磁化ダイナミクスと、他の磁気パラメ一タ(磁気異方性や磁気ひずみなど)を詳細に検討しそれらの関連性の有無を明確にし、磁性薄膜の磁化ダイナミクスの起源を理解する。得られた知見をもとにして、デバイスを構成する磁性薄膜の設計指針を確立し、デバイスの性能・信頼性の向上へとつなげる。研究成果(実施状況): 独自の高周波磁気計測技術を用いて、膜厚の異なるYIG多結晶膜の磁化ダイナミクスを評価した。飽和磁気ひずみ(λs)は膜厚に依存せず-1.0 ppm以下でバルク値より低くなった。この原因は磁気的不均一によるものと考えられる。面内有効ダンピング定数(αγ, eft)は膜厚の増加にともない0.00384から0.00316へ低下した。これらのα//, eff値はいずれもYIG単結晶膜に比べてかなり高くなった。この値の違いは、磁気的不均ーに由来する外的なダンプが面内で増大していることによるものと考えられる。これらの結果から、YIG多結晶膜の場合には、面内方向の磁気的な不均一性が主にα μ , effとλsの挙動に影響を与えていることを示唆している。図 YIG多結晶膜における飽和磁気ひずみ(λs),面内有効ダンピング定数(α , , eff)および磁気的不均一性(静磁気的なFMR線幅の広がり, ΔH(0))の膜厚依存性主要免表論文等: [1] T.V.A. Nguyen, Y. Endo, AIP Advances, 12, 035234 (5 pages), (2022)., [2] Y. Endo, T.V.A. Nguyen, T. Miyazaki, Abstract of 5th CRCs- 4th GP-MS Symposium, 2PS-133 (2021). [3] Y. Endo, T.V.A. Nguyen, T. Miyazaki, INTERMAG21 Digest Book, 909 (2021). [4] Y. Endo, H. Tanaka, S. Hashi and T. Miyazaki, INTERMAG21 Digest Book, 1428 (2021).他