| Project/Area Number |
18760227
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Electronic materials/Electric materials
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
三浦 良雄 Tohoku University, 電気通信研究所, 助教 (10361198)
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| Project Period (FY) |
2006 – 2007
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2007)
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| Budget Amount *help |
¥3,600,000 (Direct Cost: ¥3,600,000)
Fiscal Year 2007: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Fiscal Year 2006: ¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
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| Keywords | 結晶成長 / 表面・界面物性 / 計算物理 / 半導体物理 / スピンエレクトロニクス / 表面・界面物理 / 第一原理計算 / デバイス作製プロセス / 電気伝導計算 |
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| Research Abstract |
近年、磁気トンネル接合(MTJ)の微細化に伴う磁化の熱揺らぎ耐性の向上にむけて、従来の面内磁化膜を用いたMTJ素子ではなく垂直磁化膜を用いたMTJ素子の検討が進められている。そこで、本研究では大きな一軸結晶磁気異方性をもつL1_0型FePt合金を強磁性電極層に用いたMTJの有用性を検証するため、第一原理計算による電子状態計算および電気伝導計算を行った。絶縁体障壁層には△_1の対称性(z軸周りの回転に対して全対称)を有する電子を優先的に透過させる単結晶Mg0を用いた。
Fe/Mg0/Fe(001)系のMTJでは、bcc構造のFeが多数スピン状態にのみ△_1バンドが存在することに起因して、高いトンネル磁気抵抗比(TMR比)が室温で得られている。L1_0型FePtはそのバルクにおいて、多数スピン状態・少数スピン状態ともにフェルミ準位付近に△_1バンドが存在するため、FePtを電極層にMg0を障壁層に用いた場合は高いTMR比は得られないことが予想される。しかしながら、Fe終端MTJでは300%を越える大きなTMR比が得られることがわかった。一方、Pt終端MTJでは70%程度のTMR比となり、FePt/Mg0/FePt(001)MTJのTMR比には大きな終端面依存性があることが明らかになった。これはL1_0型FePtにおいて、多数スピン状態の△_1バンドは主にFe原子・Pt原子のpz軌道からなるが少数スピン状態の△_1バンドは主にFe原子・Pt原子のd_<z2>軌道からなる、という△_1バンドの軌道成分の違いがあることに起因している。以上の結果より本研究では、「FePt/Mg0/FePt(001)のMTJにおいてFe終端面を形成することにより高いTMR比が得られる」、というデバイス作製プロセスの提案を行った。この提案は今後の垂直磁化膜を用いたMTJ素子の実現に向けて重要な指針となることが期待できる。
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