垂直磁化GdFeCoアモルファス膜のスピンホール効果による磁化反転

摘要

RE-TM 合金の GdFeCo 膜を用いたTa(10nm)/GdFeCo(5nm)/SiN(5nm)へのスピンホール効果による磁化反転を行った.まず，Gd_(28)(Fe_(90)Co_(10))_(72)(5nm)の磁化特性を調べた結果，Ta下地ではRE-richのKerrループを示したのに対し，SiN下地ではTM-richのループを示した.つまり，GdFeCo層厚を薄くした場合，SiN下地ではGdの平均モーメントが減少してしまうため，GdFeCo超薄膜の下地層としてはTaを用いる必要があることが分かった.Ta下地のGd_(21)(FeCo)_(79) (5nm)膜(TM-rich)ヘスピンホール磁化反転を試みたところ，面内電流と同方向にH_(ext)=100 Oeの磁界を印加したときに高ホール抵抗から低ホール抵抗状態に遷移し，その反転電流密度は5x10~6 A/cm~2程度と報告されているPt/Co系，Ta/TbFeCo系に比べ小さな値となった.また，H_(ext)の増加とともに反転電流密度は減少した.一方，RE-richの膜であるGd_(28)(FeCo)_(72) (5nm)膜では，H_(ext)=100 Oeで正のパルス電流により低ホール抵抗から高ホール抵抗状態に遷移し，TM-richとは異なる遷移を示した.この現象はスピンホール効果により注入されるスピン流がFeCoのモーメントにトルクを生じるとして解釈することができる.なお，RE-rich膜のH_(ext)=100 Oeでの反転電流密度は1.2 x10~7 A/cm~2程度とTM-richの膜より大きな値となった.また，RE-rich膜の反転電流のH_(ext)依存性はTM-richの場合に比べ非常に小さかった.これはRE-rich膜の正味の磁化がTM-richのそれと比べ て小さいためと考えられる.本研究ではTM-rich膜として Gd_(21)(FeCo)_(79) (5nm)膜，RE-rich膜として Gd_(28)(FeCo)_(72) (5nm)膜を用いたが，今後様々な組成のGdFeCo膜においてスピンホール磁化反転の系統的な研究が必要であると考えられる.