【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.15】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24TT0003

利用課題名 / Title

希土類-遷移金属薄膜の磁気特性の膜厚依存性の評価

利用した実施機関 / Support Institute

豊田工業大学 / Toyota Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

電子線リソグラフィ/ EB lithography,ワイヤーボンディング/ Wire Bonding,スピントロニクスデバイス/ Spintronics device,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

田中 雅章

所属名 / Affiliation

名古屋工業大学大学院工学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters in the Hub and Spoke Institutes

粟野博之

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

TT-002：多機能薄膜作製装置
TT-019：ナノ物性測定用プローブ顕微鏡システム
TT-021：偏光顕微鏡（青色レーザー照射可能）
TT-022：磁気光学効果測定装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

ガドリニウムやテルビウムなどの希土類元素と鉄やコバルトなどの遷移金属の積層膜は、希土類元素と遷移金属の磁気モーメントがそれぞれ反平行になるフェリ磁性体であり、磁気異方性が膜面垂直方向を向く垂直磁化膜になる場合がある。希土類-遷移金属薄膜は熱処理を行わなくても垂直磁化膜になるスピントロニクスデバイスに有望な材料であるが、垂直磁化を示す条件は希土類元素と遷移金属の磁化が釣り合う補償組成の周辺に限られる。本研究では20 nm以下の薄い希土類-遷移金属薄膜の膜厚が磁気特性に与える影響を調査した。

実験 / Experimental

シリコン基板上にバッファ層のプラチナを成膜した後に多機能薄膜作製装置を用いてガドリニウムと鉄を数原子層ずつ交互に成膜して希土類-遷移金属薄膜を作製した。ガドリニウムと鉄の膜厚を変えることでGd_0.26Fe_0.74からGd_0.32Fe_0.68まで組成を変化させた。また、膜厚を4 nmから20 nmと変えた試料を用意した。試料の磁気特性は磁気光学効果測定装置を用いて評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

磁気光学効果測定装置による実験で得られた極カー効果曲線から、今回作製した膜厚6 nm以下の薄いGdFe薄膜では垂直磁気異方性を示さないことがわかった。また、膜厚8 nm以上では膜厚が変わるとガドリニウムと鉄の磁化がお互いに相殺される補償組成がGd_0.30Fe_0.70からGd_0.26Fe_0.74まですることがわかった。GdFe薄膜の膜厚が減少するとGdの割合が多い試料で補償組成になることがわかった。本研究により膜厚8 nmの薄いGdFe薄膜でも垂直磁気異方性を示すことがわかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

本研究にご協力いただいた共同研究者の豊田工業大学・粟野博之教授に感謝申し上げます。

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 坂本拓斗、徳山年紀、戸塚洋文、田中雅章、本多周太、粟野博之、壬生攻, "垂直磁化を有するフェリ磁性細線におけるGdFe超薄膜の有効利用および磁壁速度の飛躍的向上", IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会（三重）, 令和7年2月10日
2. Masaaki Tanaka, Takuto Sakamoto, Toshiki Tokuyama, Hirofumi Tozuka, Syuta Honda, Hiroyuki Awano, Ko Mibu, "Investigation on the current induced domain-wall motion in Pt/GdFe wires for thinner GdFe region", 第72回応用物理学会春季学術講演会（千葉）, 令和7年3月14日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件