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2 スピントロニクスの基礎 サンプルページ この本の定価 判型などは, 以下の URL からご覧いただけます. このサンプルページの内容は, 初版 1 刷発行時のものです.

3

4 i 1 2

5 ii AMR (anisotropic magnetoresistance effect) GMR (giant magnetoresistance effect) 5 TMR (tunnel magnetoresistance effect) TMR HDD (hard disk drive) MRAM (magnetoresistive random access memory)

6 iii d T 3/

7 iv Fe-Co-Ni

8 v ρ, ρ, α = ρ /ρ

9 vi TMR TMR, AMR PHE MgO GMR, TMR MR GMR, TMR MRAM MRAM 184

10 vii I V STM LLG d

11

12 (a) 2 (b) 1.2(a) ds i e µ 1.1

13 2 1 µ = 1 2 µ (x i e )d 3 x (1.1) 1) i e d 3 x = i e dx dy dz = I dx (1.1) µ = 1 2 µ 0I (x dx )= 1 2 µ 0I nx dx = nµ 0 IS (1.2) C C (b) n S (1.1) µ 0 µ 0 µ 0 µ p p = qs ±q s q +q s µ = q m s q m ± s q m Wb Wb m M Wb m/m 3 =Wb/m 2 (Bohr) µ µ = g µ 0e 2m p (1.3) 2 (2.9) g 1 2 µ 0 e p

14 π (1.3) GMR, TMR 1.3 MRAM (magnetoresistive random access memory) HDD (hard disk drive) (S. Bader)

15 ) : (1999).

16 5 2 3d 3d 3d M B σ B = µ 0 (H + M) =µ 0 H + µ 0 M = µ 0 H + J (2.1) B H M µ 0 (2.1) D = ε 0 E + P (2.2) D E P

17 6 2 ε 0 P J J M (2.1) µ 0 M M M M 1 µ m Fe µ =2.2 µ B µ B M µ 2.2 Z Z Z 1 2.1(a) 1 r m ω (= dθ/dt) e(ω/2π)[a] πr 2 I µ 0 IS 1 (b) µ ( ) eω µ = µ 0 IS = µ 0 πr 2 = µ 0eωr 2 (2.3) 2π 2 l l = r p p = mv : v = rω l = r(mv) =mr 2 ω (2.4) 1 (Maxwell)

18 (a) (b) (2.3) (2.4) µ = µ 0e 2m l (2.5) 2.2 (2.5) l l (l =0, 1, 2, ) l h 2π (2.5) µ = µ 0e 2m l (2.6) l l =1 µ µ B µ B = 4π = [W m] (2.7) cgs µ B = [emu] µ B (Bohr magneton) µ B 1µ B 2µ B s s 2.2 (µ) (l)

19 8 2 µ s = µ 0e m s (2.8) (2.5) 2 p µ = g µ 0e 2m p (2.9) g =2 g =1 (2.9) γ γ = g µ 0e =1.105g [m/a s] (2.10) 2m γ g g n l m l m s n 1, 2, 3, n =1, 2, 3 K, L, M n l =0, 1, 2,, (n 1) n l =0, 1, 2, 3, 4, s, p, d, f, g, n =3 M l =0, 1, 2 s, p, d l =2 d m l =2, 1, 0, 1, 2 5 m s = ±1/2 n =3 M Fe (1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 ) me 4 ε n = (4πε 0 ) n 2 (2.11) Fe 2.3 n, l, m l,m s K N 4s

20 ± (1) (2) (3) (4) 3.1

21 θ 0 θ 3.2 E = K u sin 2 θ M s H cos(θ 0 θ) (3.1) K u 1 θ E/ θ =0 2 E/ θ 2 > 0 M s cos(θ 0 θ) θ 0 M s cos(θ 0 θ) H (θ =0 ) (θ 0 = 180 ) 3.3 (θ = 180 )

22 (3.1) H k =2K u /M s H = H k θ =0 H = H k θ = θ 0 (θ 0 = 135 ) 3.4 H θ =0 H =0.5K k (θ =90 ) 3.4 (θ = 135 ) 3.5 (θ =90 )

23 82 3 θ 0 = 180, 135, 90 3 M s cos(θ 0 θ) 3.6 θ 0 = 180 H = H k H k θ 0 = 135 H = H k /2 θ 0 =90 H 1) MRAM (3.1) E/ θ =0 2 E/ θ 2 > sin 2θ h sin(θ 0 θ) = 0 (3.2) cos 2θ + h cos(θ 0 θ) > 0 (3.3) h = H/H k, H k =2K u /M s M s H k ε

24 ε = 1 2 sin2 θ h cos(θ 0 θ) (3.4) h cos θ 0 = h x x h sin θ 0 = h y (3.4) (3.2) (3.3) ε = 1 2 sin2 θ h x cos θ h y sin θ (3.5) 1 2 sin 2θ h y cos θ + h x sin θ =0 (3.6) cos 2θ + h x cos θ + h y sin θ>0 (3.7) (3.7) 0 (3.6) h x h y h x = cos 3 θ h y =sin 3 θ θ h 2/3 x + h 2/3 y =1 (3.8) h x h y ) θ 3.9 x

25 E = U w 2M s H cos θx (3.9) U w 2M s H cos θx 2 2 x (3.9) x E x = U w x 2M sh cos θ = 0 (3.10) (a) (θ =0 ) (b) (c) ( U w / x) U w (3.10) 0 a 2M s H a U w / x a b c d (d) 0 a b c d (c) (d) (c) U w / x (d) (a) (b) (b) Fe 5 Co 70 Si 15 B 10

26 Fe 5 Co 70 Si 15 B 10 Kersten U w = C AK A : K : K K +(3/2)λσ

27 86 3 σ = σ 0 cos(2πx/l) M s 2 π 2 l λσ 0 δ 4M s 2 δ 3πλ 100 σ 0 λ 100 [100] σ 0 l Néel 3.12 Kersten Néel Mn-Zn (disaccommodation : DA) vk u v : 1 Kersten Néel M sh 10 3 ( ) = erg/cm 3

28 K u : 1 k B T (TMR) (MRAM) (Larmor) MHz GHz (FMR) (ESR) MHz GHz (spin switching) FMR

29

30 173 6 GMR, TMR GMR GMR TMR (MRAM) GMR,TMR ) (creeping) 1967 Bobeck 2) (1) (2) (3) (4) (5)

31 174 6 GMR, TMR Fe/Cr GMR 3, 4) GMR GMR TMR 5, 6) MgO 7, 8) 9, 10) GMR TMR MRAM (magnetoresistive random access memory) MRAM MRAM MRAM MRAM

32 MR 1980 Ndφ/dt N MR 1997 MR GMR GMR 2004 TMR TMR dφ/dt dφ/dt MR GMR, TMR 6.1(a) MR GMR(TMR) 6.1 (a) (b)

33 176 6 GMR, TMR (b) GMR TMR 6.2 GMR TMR GMR MR 6.3 TMR TMR MgO MgO TMR CPP-GMR (current perpendicular to plane GMR ) GMR TMR 6.3 MR

34 CREST 1999 Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) c FAX Printed in Japan ISBN

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