| 講演抄録／キーワード |
| 講演名 |
2026-06-04 15:15
高感度・高信号出力・低消費電力の新規な磁界センサの実現に向けた垂直磁化・低飽和磁界・高飽和磁化のCo-Pt/Ru/Co-Pt積層膜の作製
○阿部日彩・田中颯一・江川元太・吉村 哲（秋田大） |
| 抄録 |
（和） |
高感度・高信号出力・低消費電力な磁気センサの実現に向けて，我々はBiFeO₃ 系強磁性・強誘電薄膜と金属垂直磁化ソフト磁性薄膜を組み合わせた新規な磁界センサを提案している．本センサは，外部磁界によりソフト磁性薄膜が容易に磁化されることで，積層界面から発生する漏洩磁界を利用し，BiFeO₃系薄膜の磁化方向を磁気転写により制御するものである．そのため，小さな磁界で磁化反転可能でありかつ高い磁気転写能力を有する，低飽和磁界・高飽和磁化・垂直磁化特性を兼ね備えた厚い金属強磁性薄膜の実現が求められる．これまでに，c面配向したCo-Pt合金薄膜を用いた[Co-Pt/Pt/Co-Pt]ₙ 多層積層膜により，高飽和磁化と垂直磁気異方性を維持しながら20 nm の厚膜化に成功したが，飽和磁界は約2.0 kOeと依然として高く，更なる低減が課題であった．そこで本研究では，Pt に代えてRuを挿入層として用いたCo-Pt/Ru/Co-Pt積層膜を作製し，RKKY相互作用による層間強磁性結合を利用した飽和磁界の低減を試みた．Ru膜厚を変化させた結果，飽和磁界は膜厚に対して振動的に変化し，層間交換結合が周期的に変化されることが確認された．特にRu膜厚1.4 nmにおいては強磁性結合が支配的となり，飽和磁界1.2 kOeへの低減が達成された．さらに，微細加工を施した結果，Ru挿入層を用いた積層膜では素子サイズを3 µm まで小さくしても低飽和磁界および低保磁力が維持され，多磁区構造および磁壁移動型の磁化反転機構が保持されることが示唆された．一方で，全膜厚を10 nmから15, 20 nm へと厚くした[Co-Pt/Ru]ₙ/Co-Pt 多層積層構造では，積層数の増加に伴い層間結合の一様性が低下し，強磁性結合と反強磁性結合が混在することで磁化反転が非一体化し，飽和磁界が増大することが明らかとなった．以上の結果より，Ru挿入層を用いたCo-Pt積層膜は本磁界センサの材料として有望である一方で，層間結合の一体性を維持するための構造制御が重要であることが示された． |
| （英） |
A novel magnetic field sensor consisting of a BiFeO₃ (BFO)-based ferromagnetic/ferroelectric thin film and a metallic perpendicular soft magnetic thin film is proposed by us to realize high sensitivity, high signal output, and low power consumption. In this magnetic field sensor, even with a small applied external magnetic field, the magnetization direction of the BFO-based thin film is controlled by magnetization transfer using the stray field generated from the perpendicular soft magnetic thin film. Therefore, it is necessary to fabricate a thick metallic perpendicular soft magnetic thin film with high saturation magnetization, low saturation magnetic field, and perpendicular magnetization. In our previous study, [Co-Pt/Pt/Co-Pt]ₙ multilayers with high saturation magnetization and perpendicular magnetic anisotropy were successfully fabricated with a total thickness of 20 nm. However, the saturation magnetic field remained as high as approximately 2.0 kOe, which is still insufficient for low-field operation. In this study, Co-Pt/Ru/Co-Pt multilayers were fabricated to reduce the saturation magnetic field by introducing interlayer ferromagnetic coupling via the RKKY interaction. As a function of Ru layer thickness, the saturation magnetic field exhibited oscillatory behavior, indicating periodic changes in interlayer exchange coupling. At a Ru thickness of 1.4 nm, strong ferromagnetic coupling was achieved, resulting in a reduction in saturation magnetic field to 1.2 kOe. Furthermore, microfabrication down to a device size of 3 μm revealed that low saturation magnetic field and low coercivity were maintained, suggesting that multidomain structures and domain-wall-driven magnetization reversal are preserved for the device with 3 μm size. On the other hand, in thicker multilayer structures ([Co-Pt/Ru]ₙ/Co-Pt), increasing the number of layers resulted in non-uniform interlayer coupling, where ferromagnetic and antiferromagnetic coupling coexisted. This led to non-coherent magnetization reversal and an increase in the saturation magnetic field. These results indicate that Co-Pt/Ru/Co-Pt multilayers are promising as a material for this magnetic field sensors, while precise control of interlayer coupling uniformity is essential for further reduction of the saturation magnetic field. |
| キーワード |
（和） |
Co基合金薄膜 / 積層膜 / 飽和磁化 / 飽和磁界 / 垂直磁気異方性 / 磁界センサ / / |
| （英） |
Co-based alloy thin films / multilayer films / saturation magnetization / saturation magnetic field / perpendicular magnetic anisotropy / magnetic field sensor / / |
| 文献情報 |
映情学技報, vol. 50, no. 15, MMS2026-38, pp. 7-14, 2026年6月. |
| 資料番号 |
MMS2026-38 |
| 発行日 |
2026-05-28 (MMS) |
| ISSN |
Online edition: ISSN 2424-1970 |
| PDFダウンロード |
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| 研究会情報 |
| 研究会 |
IEICE-MRIS MMS TOHOKU |
| 開催期間 |
2026-06-04 - 2026-06-05 |
| 開催地（和） |
東北大学通研 |
| 開催地（英） |
RIEC, Tohoku Univ. |
| テーマ（和） |
記録システム・ヘッド・媒体＋一般 |
| テーマ（英） |
Recording System, Head, Medium + General |
| 講演論文情報の詳細 |
| 申込み研究会 |
MMS |
| 会議コード |
2026-06-MRIS-MMS-TOHOKU |
| 本文の言語 |
日本語 |
| タイトル（和） |
高感度・高信号出力・低消費電力の新規な磁界センサの実現に向けた垂直磁化・低飽和磁界・高飽和磁化のCo-Pt/Ru/Co-Pt積層膜の作製 |
| サブタイトル（和） |
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| タイトル（英） |
Fabrication of Co-Pt/Ru/Co-Pt films with perpendicular magnetization, low saturation magnetic field, and high saturation magnetization for realization of novel magnetic field sensors with high sensitivity, high signal output, and low power consumption |
| サブタイトル（英） |
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| キーワード(1)（和/英） |
Co基合金薄膜 / Co-based alloy thin films |
| キーワード(2)（和/英） |
積層膜 / multilayer films |
| キーワード(3)（和/英） |
飽和磁化 / saturation magnetization |
| キーワード(4)（和/英） |
飽和磁界 / saturation magnetic field |
| キーワード(5)（和/英） |
垂直磁気異方性 / perpendicular magnetic anisotropy |
| キーワード(6)（和/英） |
磁界センサ / magnetic field sensor |
| キーワード(7)（和/英） |
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| キーワード(8)（和/英） |
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| 第1著者 氏名（和/英/ヨミ） |
阿部 日彩 / Hiiro Abe / アベ ヒイロ |
| 第1著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第2著者 氏名（和/英/ヨミ） |
田中 颯一 / Soichi Tanaka / タナカ ソウイチ |
| 第2著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第3著者 氏名（和/英/ヨミ） |
江川 元太 / Genta Egawa / エガワ ゲンタ |
| 第3著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第4著者 氏名（和/英/ヨミ） |
吉村 哲 / Satoru Yoshimura / ヨシムラ サトル |
| 第4著者 所属（和/英） |
秋田大学 (略称： 秋田大)
Akita University (略称： Akita Univ.) |
| 第5著者 氏名（和/英/ヨミ） |
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| 講演者 |
第1著者 |
| 発表日時 |
2026-06-04 15:15:00 |
| 発表時間 |
25分 |
| 申込先研究会 |
MMS |
| 資料番号 |
MMS2026-38 |
| 巻番号（vol） |
vol.50 |
| 号番号（no） |
no.15 |
| ページ範囲 |
pp.7-14 |
| ページ数 |
8 |
| 発行日 |
2026-05-28 (MMS) |
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