銅の薄膜内に人工的に誘起した磁化が膜面に垂直方向を向くことを実証

東京大学大学院理学系研究科の岡林潤准教授、同大学院工学系研究科の千葉大地准教授、小山知弘助教、高輝度光科学研究センターの鈴木基寛主幹研究員、東北大学電気通信研究所の白井正文教授、辻川雅人助教による研究チームは、薄膜に対して垂直方向に磁石の性質が生じるコバルト（Co）と白金（Pt）の界面に銅（Cu）を挿入することで、Cuに磁石の性質が滲みだすことを、放射光を用いたX線磁気円二色性（XMCD）により初めて明らかにしました。特に、CoとPtの影響によりCuの磁化が膜面に対して垂直方向に向くことを世界で初めて実証しました。得られた結果は、磁性体と非磁性体が接合した界面に誘起される磁性に関する基礎物理学の理解を進展させるのみでなく、スピンを操作して低消費電力にて動作するスピントロニクス素子の設計においても重要な役割を果たすことが期待されます。

　CoとPtの界面では、両元素の磁気的な相互作用により、膜面に垂直方向に磁化が揃うことが知られています。また、膜に垂直方向に磁化する材料は大容量の磁気記録デバイスには不可欠なものとして、スピントロニクス分野では研究されています。研究チームは、この界面に厚さの異なるCuを入れることにより、CoとPtの間の相互作用を媒介として、Cuに誘起される磁性について調べました。その結果、Cuが3原子層の厚さの範囲においては、Cuも垂直に磁化することが判りました。これを調べるためには、元素別に磁気状態を調べる必要があり、放射光を用いた元素選択的な磁性の検出手法が不可欠です。茨城県つくば市にある高エネルギー加速器研究機構放射光施設（フォトンファクトリー）において、東京大学大学院理学系研究科スペクトル化学研究センターが所有するビームライン(BL-7A)にてXMCDの測定を行うことにより、Cuの垂直磁化を捉えることができました。また、Pt原子の磁気特性についても、大型放射光施設SPring-8(BL39XU)での測定によりPtも膜に垂直方向に磁化する性質を持つことが明らかになりました。実験結果は、第一原理に基づく理論計算とも一致し、界面に誘起される新しい磁性材料の創出に繋がることが期待されます。

本成果は、2017年4月13日（英国時間午前10時）に、英国科学雑誌「Scientific Reports」のオンライン版に掲載されます。なお、本研究は科研費基盤研究(S), (B)の助成を受けて実施されました。

プレスリリース本文： PDF ファイル

Scientific Reports : https://www.nature.com/articles/srep46132

東京大学理学系大学院研究科: http://www.s.u-tokyo.ac.jp/ja/info/5338/

東北大学 : http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2017/04/press20170411-03.html

公益財団法人高輝度光科学研究センター (JASRI)：Spring 8 : http://www.spring8.or.jp/ja/news_publications/press_release/2017/170413/

日本経済新聞 : http://www.nikkei.com/article/DGXLRSP442169_R10C17A4000000/