東大と名古屋大、軌道弾性効果を実証：スピンより軌道成分の変化が重要

東京大学と名古屋大学の研究チームは、磁性多層膜がひずむことで磁気異方性が変化する磁気弾性効果において、軌道角運動量が重要になることを見いだした。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

オペランドXMCDスペクトル計測と論理計算で明らかに

　東京大学大学院理学系研究科の岡林潤准教授と物質・材料研究機構の三浦良雄グループリーダーおよび、名古屋大学の谷山智康教授による研究チームは2019年5月、磁性多層膜がひずむことで磁気異方性が変化する磁気弾性効果において、軌道角運動量が重要になることを見いだしたと発表した。研究チームはこれを「軌道弾性効果」と名付けた。

　研究チームは今回、誘電体のチタン酸バリウム（BaTiO₃）結晶上に、ニッケル（Ni）と銅（Cu）を交互に積層した磁性多層膜を作製した。これに電圧を印加して、Niに対するひずみ量を可逆的に変化させ、オペランドXMCD（X線磁気円二色性）スペクトルを測定した。この結果から、磁気弾性効果は電子のスピン角運動量よりも、軌道角運動量が大きな影響を与えていることが分かった。

スピン‐軌道‐ひずみの間の相関 出典：名古屋大学

　オペランドXMCD測定は、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、高エネルギー加速器研究機構放射光施設（KEK-PF）内のビームラインに設けたシステムを利用して実施した。具体的には、試料に電極を設け、電圧印加時に放射光を照射し、XMCD分光を行った。電圧のオンオフ時に変化するスペクトルを観測し、スピンと軌道磁気モーメントの変化を調べた。これらの結果は、第一原理計算と合致したという。

左は設計した構造の模式図。右は電圧のオンオフ時に変化するX線吸収スペクトルとXMCDスペクトル 出典：名古屋大学

　研究チームは今回の研究成果について、「磁性多層膜の界面局所ひずみを用いた材料設計や素子設計を行う上で、極めて重要な指針になる」とみている。