| Project/Area Number |
22K18961
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
山ノ内 路彦 北海道大学, 情報科学研究院, 准教授 (40590899)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
植村 哲也 北海道大学, 情報科学研究院, 教授 (20344476)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 磁気トンネル接合 / TMR / 磁性ワイル半金属 |
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| Outline of Research at the Start |
磁気トンネル接合(MTJ)は、ハードディスクドライブの読み出しヘッドや磁気センサーなど身の回りの電子機器に幅広く応用されている。これらの電子機器の高性能化のためには、MTJのトンネル磁気抵抗(TMR)比の向上が求められる。これまで、スピン偏極率の向上により高いTMR比が実現されてきたが、その方法によるTMR比の増加が鈍化しており、新たなブレークスルーが求められている。本研究では、従来のTMR比向上指針とは全く異なる原理を用いて、TMR比のさらなる向上に挑戦する。具体的には、磁性ワイル半金属を用いたMTJを作製し、ワイル電子のヘリシティを利用した新規トンネル磁気抵抗効果を実験的に明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性ワイル半金属を強磁性電極とする磁気トンネル接合(MTJ)は、104%を超える巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)比を示すことが理論的に予想されている。しかし、磁性ワイル半金属を用いたMTJにおけるTMR効果は，実験的には明らかになっていない。本研究では、磁性ワイル半金属を利用した新規TMR効果の発現を目的として、磁性ワイル半金属と考えられているCo基ホイスラー合金Co2MnGaを強磁性電極とする保磁力差型MTJを作製し、そのTMRを調べた。まず、MgO 基板上にスパッタリングと電子線蒸着を用いて、MgOトンネル障壁層をCo2MnGa 強磁性電極で挟んだMTJの積層構造を成膜した。そして、作製した積層構造を電子線リソグラフィー、フォトリソグラフィー、Arイオンミリングを用いて、接合面積がミクロンサイズからサブミクロンサイズのピラー形状素子に加工し、室温で素子抵抗の面内磁場依存性を測定した。外部磁場の掃引に伴って、上部、下部Co2MnGa強磁性電極の相対的な磁化方向の変化を反映した明確なTMR効果が観測された。しかし、TMR比は室温で約70％であり、理論的に予測されていたような巨大なTMR比は得られなかった。この低いTMR比の要因として、今年度に作製したMTJでは，高抵抗磁化配置の抵抗値が磁場に対して一定でなかったため，反平行磁化配置が不安定であること，また，Co2MnGaの組成や熱処理条件を最適化していないため，Co2MnGaの組成ずれや熱処理の際のMn拡散が起きている可能性があることなどが考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでにCo2MnGaを強磁性電極、MgOをトンネル障壁層とするMTJにおいては、TMRが明らかになっていなかったが、今年度の研究により、このMTJが明確なTMRを示すことがわかった。また、現状では、理論的に予想されている巨大なTMRは観測されていないことから、TMR比を低下させている要因を明らかにし、改善することがワイル半金属を利用した新規TMR効果の発現のために必要であることがわかった。今年度にCo2MnGaを強磁性電極とするMTJの現状把握と課題の抽出を予定していたため、本研究はおおむね順調に進展していると考える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に作製したMTJでは反平行磁化配置が不安定であったため、Co2MnGa参照層と反強磁性層などとを積層することにより、スピンバルブ型のMTJを作製する。また、Co2MnGaの組成ずれによるワイル点位置のずれや、熱処理によるMgO障壁層中へのMnの拡散などによってTMR比が低下している可能性があるため、Co2MnGaの組成と熱処理条件の最適化を行う。これらの検討をもとに作製したCo2MnGaを強磁性電極とするMTJにおいて、TMRを詳細に調べることにより、ワイル電子のヘリシティとTMRの関係を明らかにする。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
