| Project/Area Number |
23K03933
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21050:Electric and electronic materials-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
増田 啓介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, 主任研究員 (40732178)
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| Project Period (FY) |
2023-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2023: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
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| Keywords | トンネル磁気抵抗効果 / 磁気トンネル接合 / s-d交換相互作用 / 第一原理計算 / 最局在ワニエ関数法 / スピントロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
磁気トンネル接合（MTJ）をより広く実用化させるためには、室温で高い磁気抵抗比（TMR比）を達成する必要がある。しかし従来のMTJにおいて、TMR比は温度上昇と共に大きく低下することが知られてきた。本研究では、この現象を理解するために申請者が提唱したアイデア「界面s-d交換メカニズム」の定量的検証を行う。複数のMTJにおいて、第一原理計算を用いて界面s-d交換相互作用を求め、TMR比の温度依存性を計算する。これを実験結果と比較することで、界面s-d交換メカニズムがTMR比の温度依存性を定量的に説明しうるかを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
第一原理計算と最局在ワニエ関数法を用い、磁気トンネル接合の界面におけるs-d交換相互作用を非経験論的に評価する方法を確立した。最も基本的な磁気トンネル接合であるFe/MgO/Fe(001)に着目し、まずこの系の超格子に対して第一原理計算を実施することでバンド構造を求めた。続いて得られたバンド構造を再現するタイトバインディング模型を最局在ワニエ関数法により構築した。このタイトバインディング模型に乱雑位相近似を適用することで、Feサイトのd軌道におけるクーロン相互作用の値を求めることができる。このようにして求めたクーロン相互作用とタイトバインディング模型に含まれるオンサイトエネルギーおよび跳び移り積分の値から、界面層におけるs-d交換相互作用を算出することができた。上記の解析過程の中で最も難しく時間がかかったのは、最局在ワニエ関数法を用いてタイトバインディング模型を構築する箇所であった。初期のワニエ関数の選び方やワニエ関数を構築するエネルギー範囲の選択が通常のバルクの系に比べ格段に難しく、これらを習得するために多くの時間を費やした。ただこのような試行錯誤により、これまでには持ち合わせていなかった最局在ワニエ関数法に関する多くの知見を得ることができた。
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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
予定していたよりも時間はかかったものの、界面s-d交換相互作用の評価方法を確立できたため。この方法を利用することで様々な界面における界面s-d交換相互作用を非経験的に評価することが可能となった。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの計算では、磁気トンネル接合の超格子を最低限のサイズに限定して計算を行ってきた。そこで次は超格子内の磁性体および絶縁体の膜厚を増やしながら界面s-d交換相互作用の計算を行い、各膜厚に対する収束性を確認する。ここまでで界面s-d交換相互作用の評価手法の確立は終了するため、その後は強磁性体や絶縁体を変えて界面s-d交換相互作用の物質依存性に対して検討を進めていく。
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