JPH0425760A - 磁気異方性測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、磁性薄膜の磁気異方性測定方法に関するもの
である。

（発明の概要） 本発明は、膜面に対して垂直方向の磁化成分を有する磁
性薄膜に対し、面内方向及び垂直方向にそれぞれ磁界を
印加してトルクを測定するようになし、これによって反
磁界の影響を最小限に止め、磁気異方性定数の正確な測
定を可能とするものである。

［従来の技術］ 磁性薄膜の磁気異方性定数を決定しようとする場合２１
通常トルク測定法が用いられている。

トルク測定法においては、薄膜の形状異方性の効果をい
かにして取り除くかということが問題となり、これまで
ノイゲハオア（Ｎｅｕｇｅｂａｕｅｒ）　〔Ｐｈｙｓ。

Ｒｅｖ、　１１６．１４４１　（１９５９）　）や近角
（Ｊ、Ａｐｐｌ、Ｐｈｙｓ。

３２、８１ｓ　（１９６１））　、宮島等（Ｊ、Ａｐｐ
ｌ、Ｐｈｙｓ、　４７．４６６９、　（１９７６）　）
によって形状異方性の効果を極力排除したトルク測定法
及びトルクデータ解析法が提案されている。

なかでも、宮島等の方法は、原理的に優れたデータ解析
法であり、実験法も簡便であることから、実用に適した
ものと言える。

この宮島等によるトルクデータの解析法を説明すると、
先ずサンプル（磁性薄膜）の磁化容易軸方向（トルク上
−０１通常は薄膜面内）より４５゜傾けた方向に印加磁
界の方向を固定する。そして、その方向でのトルクＬの
磁界依存性を求める。しかる後に、各磁界Ｈでのトルク
Ｌを次式％式％ Ｍ：サンプルの磁化 Ｖ：サンプルの体積 に：異方性定数 により整理し、（Ｌ／Ｈ）”とＬとの関係をグラフにプ
ロ７トする。印加磁界を無限大に外挿し、グラフの直線
部の傾きより磁気異方性定数Ｋを決定する。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、この宮島等の方法には、磁界の方向の定
義に関して問題が残されている。

すなわち、宮島等の方法で用いる磁界は、実際に磁性層
内で働いている理論的な磁界（有効磁界）であり、実験
的に用いられる印加磁界とは異なっている。この印加磁
界と有効磁界の差は、磁性薄膜特有の反磁界に起因ひて
いる。

したがって、特に反磁界の原因となる垂直磁化成分の大
きな磁性薄膜に宮島等の方法を適用しようとすると、多
くの制限が生ずる。

このように、宮島等によって提案されたトルクデータ解
析法は、原理的には非常に優れたものであるが、これを
実験的に実現しようとする場合には、反磁界の影響を極
力排除する工夫が不可欠である。

そこで本発明は、上述の従来の方法の有する課題を解消
するために提案されたものであって、印加磁界への反磁
界の影響を最小限に抑えることができ、垂直磁化成分の
大きな磁性薄膜についても正確な解析が可能な磁気異方
性測定方法を提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上述の目的を達成するために、本発明は、膜面に対して
垂直方向の磁化成分を有する磁性薄膜に対し、面内方向
及び垂直方向にそれぞれ磁界を印加してトルクの印加磁
界依存性を測定し、これらを合成して磁気異方性定数を
算出することを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明においては、トルクの測定に際して磁性薄膜の面
内方向及び垂直方向に磁界が印加され、これによって測
定されるトルクの印加磁界依存性を合成することで磁気
異方性定数が算出される。

ここで、印加磁界の方向が磁性薄膜の面内方向である場
合には、印加磁界の方向、大きさの何れに対しても反磁
界の影響は全く無い。また、印加磁界の方向が磁性薄膜
と垂直方向である場合には、反磁界が印加磁界の大きさ
に影響するものの、方向についての影響は全く無い。

したがって、これらを合成したトルクの印加磁界依存性
においては、印加磁界の方向に反磁界の影響が及ぶこと
はなく、大きさのみが反磁界の影響を受けることになる
。

なお、前記印加磁界の大きさの誤差は、印加磁界を無限
大に外挿する過程において自然に消滅する。

〔実施例〕

以下、本発明を適用した具体的な実施例について説明す
る。

本実施例は、２枚の磁性薄膜を回転軸を共通にした状態
で直交して配置し、これら２枚の磁性薄膜に発生するト
ルクを合成したものの印加磁界依存性を直接測定するよ
うにした例である。

本実施例においては、第１図に示すように、２枚の磁性
薄膜Ａ、Ｂを用意し、これらを膜面が直交するように配
置する。なお、用意する磁性薄膜Ａ、Ｂは全く同一の磁
性ｍｌであり、その形状も同一とするが、これら磁性薄
膜Ａ、Ｂは垂直磁化成分を有していることが必要である
。垂直磁化成分が無い場合には、後述の磁界印加を行っ
た際にもトルクが零になってしまい、本性で解析するこ
とは難しい。

ここで、前記磁性薄膜Ａ、Ｂは、回転軸Ｙに固定されて
おり、したがって測定されるトルクの値はこれら磁性薄
膜Ａ、　　Ｂに発生するトルクを合成したものである。

また、前記磁性薄膜Ａ、Ｈの膜面の向きは、それぞれの
磁化容易軸Ｍが同一象限に存在するように設定されてい
る。

したがって、これら磁性薄膜Ａ、Ｂの膜面の向き及び磁
化容易軸の向きを図示すると、第２区に示すようなもの
となる。

すなわち、磁性薄膜Ａの膜面方向はθ−０゜磁性薄膜Ｂ
の膜面方向はθ−９０°であり、これら各磁性薄膜Ａ、
Ｂの磁化容易軸方向Ｍは、前記θ−〇°及びθ−９０”
からそれぞれθ、たけ内側に傾いた方向である。

このように直交した２枚の磁性薄膜Ａ、Ｂの合成された
見かけの磁化容易軸Ｎは、常に２枚の磁性薄膜Ａ、　Ｂ
の中間、すなわち磁性薄膜Ａの膜面及び磁性薄膜Ｂの膜
面から共に４５°の方向に存在することになる。

上述のように配置されたサンプルを用いて宮島等の方法
によりトルクデータを解析しようとする場合、印加磁界
を前記見かけの磁化容易軸方向Ｎから４５°の方向にと
ると、その方向は正確に磁性薄膜Ａまたは磁性薄膜Ｂの
膜面内に存在する。

ここで仮に、印加磁界の方向を磁性薄膜Ａの面内方向に
とると、磁性薄膜Ｂに対しては印加磁界方向は正確に垂
直方向となる。このような場合、磁性薄膜Ａでの反磁界
の影響は全くなく、磁性画ｇＢについては、反磁界が印
加磁界の大きさに影響するものの、その方向に対しては
全く影響を与えることはない。したがって、印加磁界の
方向は、見かけの磁化容易軸Ｎに対して正確に４５°方
向に固定されることになる。

そこで、この状態で印加磁界の大きさを変化させ、回転
軸に固定されたこれら２枚の磁性薄膜Ａ。

Ｂ全体に発生するトルクの印加磁界依存性を求だ後、宮
島等のトルクデータ解析法に従って磁気異方性定数を求
める。すなわち、各磁界Ｈでのトルク（磁性薄膜へのト
ルクと磁性薄膜Ｂのトルクを合成したもの。）Ｌを先の
（１）式により整理し、（Ｌ／Ｈ）２とＬの関係をグラ
フにプロットし、印加磁界を無限大に外挿してグラフの
直線部の傾きより磁気異方性定数を決定する。なお、前
記磁性薄膜Ｂにおける印加磁界の大きさの誤差は、この
印加磁界を無限大に外挿する過程において自然に消滅す
る。

以上により求められる磁気異方性定数は、直交した２枚
の磁性薄膜Ａ、Ｂの合成された見かけの磁気異方性定数
ＫＮである。

したがって、この見かけの磁気異方性定数におから磁性
薄膜Ａ、Ｂの真の磁気異方性定数に０を算出する必要が
ある。

先ず、先に測定したトルクと磁性薄膜Ａ、Ｂの真の磁気
異方性定数に０については、各磁性薄膜Ａ、Ｂの磁気異
方性エネルギーＥａ、Ｅおより以下の関係が導かれる。

ＥＡ　＝Ｋｏ・ｓｉｎ”（θ−θア） Ｅｘ　＝Ｋｏ・ｃｏｓ’（θ十θＥ） θ θθ Ｋ。

ｓｉｎ（θ θ２）　ｃｏｓ　（θ−θ、） ・ｃｏｓ（θ＋θＥ）ｓｉｎ（θ＋θ、）（５ｉｎ２（
θ−θＦ）　−５ｉｎ２（θ＋θＦ＞　　１に０ （５ｉｎ２θ−ｃｏｓ２θ１−　　ｃｏｓ２θ・５ｉｎ
２θＥ５ｉｎ２θ−ｃｏｓ２θＥ−ｃｏｓ２θ・５ｉｎ
２θＥ　）＝Ｋｏ°５ｉｎ２θｔ　ｃｏｓ２θ −Ｋｏ・５ｉｎ２θ、　・５ｉｎ２（θ−４５″′　）
一方、トルクＬと見かけの磁気異方性定数Ｋ。

とは次式の関係を有する。

Ｌ　−ＫＮ−ｓｉｎ２（θ−４５”　）したがって、磁
性薄膜Ａ、Ｂの真の磁気異方性定数Ｋｏと見かけの磁気
異方性定数ＫＮの間には、次の関係が成り立つことにな
る。

ＫＮ Ｋ、＝　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・（
２）ｓｉｎ２θ。

この関係式（２）に先に求めた見かけの磁気異方性定数
に８を代入することで、真の磁気異方性定数に０を算出
することができる。

第３図は実際に測定したトルクＬと（Ｌ／Ｈ）”の関係
をプロットしたグラフである。測定したサンプルは、蒸
着テープであり、磁化容易軸の膜面に対する傾きθ、は
２０，５°である。

このグラフの傾きより、見かけの磁気異方性定数に、は
、 ＫＮ　＝１．５４Ｘ１０”ｅｒｇ／ｃｃであり、この値
を先の（２）式に代入することで、真の磁気異方性定数
に０は、 Ｋｏ　＝２．３４　Ｘ　１０６ｅｒｇ／ｃｃと求められ
る。

これに対して、１枚のサンプルの磁化容易軸に対して印
加磁界の方向を４５°方向（この場合、実際にはθ、＋
４５＠とθ！−４５’の２つの方向が存在する。）に固
定し、磁気異方性定数に０を算出すると、 Ｋｏ　＝１．８２Ｘ１０’ｅｒｇ／ｃｃ（θ１＋４５°
）Ｋｏ　　＝１．９５Ｘ１０ｂｅｒｇ／ｃｃ（θ、−４
５″′　）であった。この場合、印加磁界の方向は、θ
え十４５°であってもθＥ−４５°であっても理論的に
は同等のはずであるが、結果を比較すると異なる値が得
られている。これは、測定に反磁界の影響が現れている
ことを示しているものと考えられる。また、本発明を適
用した実施例で求められた磁気異方性定数に０は、当該
方法（従来例に相当する。）を用いた場合に比べて大き
な値を示している。すなわち、反磁界の影響がある場合
には磁気異方性定数に０の値が小さめになっている。

以上、本発明の一実施例について説明したが、本発明が
この実施例に限定されるものではない。

すなわち、上述の実施例では２枚の磁性薄膜を直交配置
し、印加磁界の方向を１方向に固定して合成されたトル
クの印加磁界依存性を一度に測定するようにしたが、例
えば１枚の磁性薄膜に対して面内方間と垂直方向のそれ
ぞれのトルクの印加磁界依存性を測定し、これら測定結
果を合成することで磁気異方性定数を求めることも可能
である。

この方法の実際の手順としては、先ず印加磁界を磁性薄
膜の面内方向に固定し、トルクの印加磁界依存性を測定
する。次いで、印加磁界を磁性薄膜の膜面に対して垂直
方向に固定して同様にトルクの印加磁界依存性を測定す
る。そして、これら２つの測定結果よりトルクを合成し
、合成したトルクと印加磁界の関係を宮島等の方法によ
り整理すれば、磁気異方性定数に０を容易に決定するこ
とができる。

前記方法は、非常に簡便であるにもかかわらず、原理的
に先の実施例（直交した２枚の磁性薄膜を用いる方法）
と同様の操作を行ったことになり、解析の自動化に非常
に適したものとなっている。

また、この方法によれば、従来のトルクメータやサンプ
ルホルダーをそのまま使用することができ、実用上のメ
リットも大きい。

［発明の効果］ 以上の説明からも明らかなように、本発明においては、
磁性薄膜に対して面内方向及び垂直方向に磁界を印加し
てトルク測定を行うようにしているので、印加磁界への
反磁界の影響を極力小さくすることができ、特に垂直磁
化成分の大きな磁性薄膜についても磁気異方性定数を正
確に求めることができる。

また、本発明は非常に簡便な方法であり、従来の装置を
そのまま使用することができる等の利点を有し、実用化
するうえで非常に有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図はトルク測定の際の磁性薄膜の配置状態を示す模
式図である。 第２図は磁性薄膜の磁化容易軸の方向を説明する模式図
である。 第３図は実施例において実際に測定されたトルクＬと（
Ｌ／Ｈ）”の関係を示す特性図である。 特許出願人　　　ソニー株式会社 代理人　弁理士　小泡　晃（他２名）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 膜面に対して垂直方向の磁化成分を有する磁性薄膜に対
   し、面内方向及び垂直方向にそれぞれ磁界を印加してト
   ルクの印加磁界依存性を測定し、これらを合成して磁気
   異方性定数を算出することを特徴とする磁気異方性測定
   方法。