Large antisymmetric interlayer exchange coupling enabling perpendicular magnetization switching by an in-plane magnetic field

面内磁場による垂直磁化スイッチングを可能にする大きな反対称層間交換結合

増田 啓人*; 関 剛斎*; 山根 結太*; Modak, R.*; 内田 健一*; 家田 淳一   ; Lau, Y.-C.*; 深見 俊輔*; 高梨 弘毅

Masuda, Hiroto*; Seki, Takeshi*; Yamane, Yuta*; Modak, R.*; Uchida, Kenichi*; Ieda, Junichi; Lau, Y.-C.*; Fukami, Shunsuke*; Takanashi, Koki

反対称層間交換結合(AIEC)が最近発見され、人工反強磁性体(SAF)の傾角磁化の誘起を通じた磁化スイッチングにおいて極めて重要な役割を果たしている。本研究では、くさび形の層を持つ垂直磁化多層膜Pt/Co/Ir/Co/Ptにおける大きなAIECを報告をする。AIECの有効磁場は、対称的な層間交換結合に関連しており、AIECを強化するための指針を提供する。SAFに対する拡張Stoner-Wohlfarthモデルを開発し、その磁化スイッチングの重要な要素を明らかにする。理論的知識と実験結果を組み合わせることで、面内磁場のみによる垂直磁化スイッチングが達成される。

The antisymmetric interlayer exchange coupling (AIEC) was recently discovered, playing pivotal roles in magnetization switching of a synthetic antiferromagnet (SAF) through inducing magnetization canting. Large AIEC is reported for perpendicularly magnetized Pt/Co/Ir/Co/Pt with wedge-shaped layers. The effective field of the AIEC is related with symmetric interlayer exchange coupling, providing guides to enhance the AIEC. We develop an extended Stoner-Wohlfarth model for a SAF, revealing key factors in its magnetization switching. Combining the theoretical knowledge and the experimental results, perpendicular magnetization switching is achieved solely by an in-plane magnetic field.