ホイスラー型新機能スピントロニクス材料の薄膜実証とその応用

• Project/Area Number: 18KK0111
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: Osaka University
• Principal Investigator: 浜屋 宏平 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90401281)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 山田 晋也 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (30725049) ; 山田 道洋 大阪大学, 基礎工学研究科, 特任助教(常勤) (50778529)
• Project Period (FY): 2018-10-09 – 2020-03-31
• Project Status: Discontinued (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥17,940,000 (Direct Cost: ¥13,800,000、Indirect Cost: ¥4,140,000); Fiscal Year 2020: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2019: ¥7,150,000 (Direct Cost: ¥5,500,000、Indirect Cost: ¥1,650,000); Fiscal Year 2018: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
• Keywords: ホイスラー合金 / スピントロニクス / 分子線エピタキシー

Outline of Annual Research Achievements

スピンギャップレス半導体(SGS)実証に向けた物性探索を目的に，未だ合成例がなく，SGSとしてのバンド構造が予想されている四元等組成ホイスラー合金CoFeVSiに注目し，分子線エピタキシー法を用いた薄膜合成とその磁気伝導特性の調査を行った．研究代表者らが独自に開発した非化学量論組成蒸着法を用いることで，等組成CoFeVSi薄膜の合成に成功した．異常分散XRD測定による構造解析から，作製したCoFeVSi薄膜は，CoとFeがランダムに配置したL21B構造であることが判明した．作製したCoFeVSi薄膜の物性評価を進めていくと，低温で正の線形的なMRを観測した．詳細な電気・磁気伝導特性の評価とバンド計算の結果から，CoFeVSiにおける正の線形的なMRの起源は，フェルミ準位(EF)付近の少数スピンバンドのV由来のギャップレス構造に起因した量子MR効果と考察し，CoFeVSiにおいてはSGSでなくても正の線形的なMRが発現する可能性を示した．しかし，この考察には実験的な証拠が乏しいため，CoFeVSiのVをMnに置換したCoFe(V1-xMnx)Si薄膜を作製し，その磁気伝導特性の評価から，CoFeVSiにおける正の線形的なMRの起源にアプローチした．CoFe(V1-xMnx)Si薄膜のMRの温度依存性から，Mn濃度の増加に伴って正の線形的なMRの大きさは次第に小さくなり，x=0.75で消失した．バンド計算の結果から，CoFeVSiのVをMnに置換すると，EF付近の少数スピンバンドのV由来のギャップレス構造がバンドギャップへ変化することが判った．以上のMRの振る舞いとバンド構造の関係から，CoFeVSiにおける正の線形的なMRはフェルミ準位付近のV由来のギャップレス構造の存在が起源であると結論づけた．

Research Products

• [Int'l Joint Research] ヨーク大学(英国)
• [Int'l Joint Research] University of York(英国)
• [Journal Article] Room-temperature local magnetoresistance effect in n-Ge devices with low-resistive Schottky-tunnel contacts (2019)
  • Author(s): M. Tsukahara, M. Yamada, T. Naito, S. Yamada, K. Sawano, V. K. Lazarov, and K. Hamaya
  • Journal Title: Appl. Phys. Express Volume: 12 Issue: 3 Pages: 033002-033002
  • DOI: 10.7567/1882-0786/ab0252
  • NAID: 210000135621
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Significant reduction in the thermal conductivity of Si-substituted Fe2VAl epilayers (2019)
  • Author(s): K. Kudo, S. Yamada, J. Chikada, Y. Shimanuki, T. Ishibe, S. Abo, H. Miyazaki, Y. Nishino, Y. Nakamura, K. Hamaya
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 5 Pages: 054201-054201
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.054201
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Experimental verification of the origin of positive linear magnetoresistance in CoFe(V1?xMnx)Si Heusler alloys (2019)
  • Author(s): Yamada S.、Kobayashi S.、Masago A.、Kumara L. S. R.、Tajiri H.、Fukushima T.、Abo S.、Sakuraba Y.、Hono K.、Oguchi T.、Hamaya K.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 19 Pages: 195137-195137
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.195137
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Great Differences between Low-Temperature Grown Co2FeSi and Co2MnSi Films on Single-Crystalline Oxides (2019)
  • Author(s): Kudo Kohei、Hamazaki Yasunari、Yamada Shinya、Abo Satoshi、Gohda Yoshihiro、Hamaya Kohei
  • Journal Title: ACS Applied Electronic Materials Volume: 1 Issue: 11 Pages: 2371-2379
  • DOI: 10.1021/acsaelm.9b00546
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetic and transport properties of equiatomic quaternary Heusler CoFeVSi epitaxial films (2018)
  • Author(s): Yamada S.、Kobayashi S.、Kuroda F.、Kudo K.、Abo S.、Fukushima T.、Oguchi T.、Hamaya K.
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 2 Issue: 12 Pages: 124403-124403
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.124403
  • Peer Reviewed
• [Presentation] ホイスラー合金Co2FeSi/BaTiO3界面マルチフェロイク構造の磁気特性 (2020)
  • Author(s): 山田晋也, 寺本侑樹, 松實大志, 村田太一, 工藤康平, 谷山智康, 浜屋宏平
  • Organizer: 強的秩序とその操作に関わる研究グループ第10回研究会
• [Presentation] 熱電ホイスラー合金Fe2TiSiエピタキシャル薄膜の電気・熱電特性 (2020)
  • Author(s): 工藤康平、嶋貫雄太、石部貴史、 真砂啓、 山田晋也、中村芳明、 浜屋宏平
  • Organizer: 第166回日本金属学会春季講演大会
• [Presentation] Si置換したFe2VAlエピタキシャル薄膜の熱伝導率 (2019)
  • Author(s): 工藤康平, 山田晋也, 近田尋一朗, 嶋貫雄太, 石部貴史, 阿保智, 宮崎秀俊, 西野洋一, 中村芳明, 浜屋宏平
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演大会
• [Presentation] Positive and linear magnetoresistance effect in CoFeVSi epitaxial films (2019)
  • Author(s): K. Kudo, S. Yamada, S. Kobayashi, F. Kuroda, S. Abo, T. Fukushima, T. Oguchi, and K. Hamaya
  • Organizer: 平成30年度スピン変換年次報告会
• [Presentation] High-quality epitaxial growth of half-metallic Co2FeSi films on a Co-terminated GaN(0001) surface (2019)
  • Author(s): Shinya Yamada, Yuki Goto, Jun Tatebayashi, Shuhei Ichikawa, Yasufumi Fujiwara, Kohei Hamaya
  • Organizer: Compound Semiconductor Week 2019 (CSW2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 熱電材料Fe2TiSiエピタキシャル薄膜の低温MBE成長 (2019)
  • Author(s): 嶋貫雄太, 工藤康平, 山田晋也, 石部貴史, 中村芳明, 浜屋宏平
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] GaN(0001)上へのハーフメタルホイスラー合金Co2FeSi薄膜の低温MBE成長 (2019)
  • Author(s): 山田晋也, 本多遼成, 後藤優貴, 市川修平, 舘林潤, 藤原康文, 浜屋宏平
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 酸化物基板上のCo2FeSiおよびCo2MnSi薄膜の成長形態の違い (2019)
  • Author(s): 工藤康平, 濱崎恭考, 山田晋也, 阿保智, 合田義弘, 浜屋宏平
  • Organizer: 第43回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] Co2FeSi/BaTiO3界面マルチフェロイクヘテロ構造の磁気特性 (2019)
  • Author(s): 寺本侑樹, 山田晋也, 村田太一, 松實大志, 工藤康平, 谷山智康, 浜屋宏平
  • Organizer: 第43回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] ホイスラー合金CoFeVSiにおける正の線形磁気抵抗効果の起源 (2019)
  • Author(s): 山田晋也, 小林慎也, 真砂啓, L. S. R. Kumara, 田尻寛男, 福島鉄也, 阿保智, 桜庭裕弥, 宝野和博, 小口多美夫, 浜屋宏平
  • Organizer: 第43回日本磁気学会学術講演会
• [Presentation] Magnetic and electrical properties of epitaxial Co2FeSi/GaN(0001) heterostructures for spintronic applications (2019)
  • Author(s): S. Yamada, R. Honda, Y. Goto, S. Ichikawa, J. Tatebayashi, Y. Fujiwara, K. Hamaya
  • Organizer: The 38th Electronic Materials Symposium (EMS-38)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Observation of positive linear magnetoresistance in epitaxial Mn2CoAl films (2019)
  • Author(s): K. Kudo, S. Yamada, A. N. Hattori, H. Tanaka, K. Hamaya
  • Organizer: 64th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM) 2019
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Flexible ferromagnetic Co2FeSi films on flexible Ge(111) (2019)
  • Author(s): S. Yamada, H. Higashi, T. Kanashima, and K. Hamaya
  • Organizer: 8th International Symposium on Control of Semiconductor Interfaces (ISCSI-8)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Magnetic properties of a Co2FeSi/BaTiO3 interfacial multiferroic system (2019)
  • Author(s): Shinya Yamada, Yuki Teramoto, Taichi Murata, Daishi Matsumi, Kohei Kudo, Tomoyasu Taniyama, Kohei Hamaya
  • Organizer: Materials Research Meeting 2019 (MRM2019)
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 単結晶Co2FeSi/BaTiO3界面マルチフェロイク構造における磁気特性 (2019)
  • Author(s): 寺本侑樹, 松實大志, 山田晋也, 村田太一, 工藤康平, 谷山智康, 浜屋宏平
  • Organizer: Spin Research Network of Japan (Spin-RNJ) 2019年度年次報告会
• [Presentation] Positive and linear magnetoresistance effect in CoFeVSi epitaxial films (2019)
  • Author(s): K. Kudo, S. Yamada, S. Kobayashi, F. Kuroda, S. Abo, T. Fukushima, T. Oguchi, and K. Hamaya
  • Organizer: 平成30年度スピン変換年次報告会、東北大学 AIMR本館
• [Presentation] Si置換したFe2VAlエピタキシャル薄膜の熱伝導率 (2019)
  • Author(s): 工藤康平, 山田晋也, 近田尋一朗, 嶋貫雄太, 石部貴史, 阿保智, 宮崎秀俊, 西野洋一, 中村芳明, 浜屋宏平
  • Organizer: 第66回応用物理学会春季学術講演大会、東京工業大学 大岡山キャンパス
• [Presentation] スピンギャップレス系ホイスラー合金薄膜の磁気伝導特性 (2018)
  • Author(s): 山田晋也, 小林慎也, 黒田文彬, 工藤康平, 阿保智, 福島鉄也, 小口多美夫, 浜屋宏平
  • Organizer: 第12回物性科学領域横断研究会(領域合同研究会)、奈良先端科学技術大学院大学