東北大,反強磁性金属ヘテロ構造における磁気抵抗効果を観測

東北大学は,反強磁性金属ヘテロ構造における磁気抵抗効果の観測に成功した(ニュースリリース)。

電子の持つ電気的性質と磁気的性質の同時利用に立脚するスピントロニクスにおいては,磁性体の磁気的な状態の電気的な検出がカギとなる。これまでのスピントロニクス分野では主に強磁性体が主要な研究対象だったが,近年これに加えて,原子スケールでは磁気的な秩序を有するものの,マクロには磁化を持たない反強磁性体の可能性が注目されている。

このような性質から,反強磁性体は高集積時の隣接素子間の相互作用の抑制や,外乱磁界に対する耐性において,強磁性体にはない特長が期待できる一方で,磁気秩序を電気的に検出することは強磁性体と比べて格段に難しくなる。

今回,研究グループはSi基板上に堆積された反強磁性/非磁性金属ヘテロ構造において,反強磁性金属の磁気的な状態に依存して電気抵抗が変化する現象(磁気抵抗効果)を室温で観測することに成功した。用いた積層構造は反強磁性PtMn(白金マンガン合金)と非磁性のPt(白金)またはW(タングステン)からなる。

様々な試料を用いて系統的に調べた結果,この磁気抵抗効果は主にPtまたはWがスピン・軌道相互作用を介して生成する膜厚方向へのスピンの流れ(スピン流)がPtMnの磁気モーメントにトルクを及ぼし,その反作用が電気抵抗に現れることで生ずる「スピンホール磁気抵抗効果」に由来していることが明らかになったという。

研究グループは,今回用いた基板や材料はいずれも容易に産業利用できるものであり,この研究によってスピントロニクスにおける反強磁性体利用の流れが加速することが期待されるとしている。

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