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2008 Fiscal Year Annual Research Report

ハーフメタル系材料を用いた高効率スピン源の探索と創出

Planned Research

Project AreaCreation and control of spin current
Project/Area Number 19048001
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

山本 眞史  Hokkaido University, 大学院・情報科学研究科, 教授 (10322835)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 植村 哲也  北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 准教授 (20344476)
松田 健一  北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 助教 (80360931)
Keywordsスピン源 / ハーフメタル / ホイスラー合金 / スピントロニクス / スピン偏極率
Research Abstract

本年度は, ハーフメタル系ホイスラー合金の一つであるCo2MnSi(CMS) を下部・上部両電極に用いた, エピタキシャルCMS/MgO/CMS強磁性トンネル接合(CMS-MTJ) におけるトンネル機構と電子構造を, トンネルスペクトロスコピーにより調べ, 以下の知見を得た. なお, CMS-MTJについては, 既に昨年度,室温で179%(4.2Kで683%) の高いTMR比を実証したものである.
(1) 磁化反平行(AP) および磁化平行(P) に対する比較的広い電圧領域でのdI/dV vs V特性より, CMSが明瞭なハーフメタルギャップ(HMG) を有し, フェルミレベルがHMGのほぼ中間に位置すること.
(2) APに対するV〜±4mVでのd^2I/dV^2 vs. V特性におけるピークの存在より, CMS-MTJにおいて, 界面準位へのトンネルと,コレクタ電極でのホットエレクトロンによるマグノン励起を介したスピンフリップ過程が重要な役割を果たしていること.
(3) Pに対する7〜0近傍でのVの正負に対するd^2I/dV^2 vs. V特性の非対称性より, a) 下部CMS電極は界面準位を有するものの, バルク領域ではHMG中の残留電子状態は無祖できるほど小さいのに対して, b) 上部CMS電極はバルク領域において, HMG中のフェルミレベル近傍にわずかな残留電子状態密度を有すること.
以上, ハーフメタル系Co_2MnSiとMgOバリアを用いたMTJのトンネル機構において, 界面状態と, バイアス印加によるホットエレクトロンが重要な役割を果たしていることを明らかにした.

  • Research Products

    (45 results)

All 2009 2008 Other

All Journal Article (10 results) (of which Peer Reviewed: 10 results) Presentation (34 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Spin-dependent tunnelling characteristics of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a Heusler alloy Co_2MnGe thin film and a MgO barrier2009

    • Author(s)
      T. Taira
    • Journal Title

      J. Phys. D : Applied Phys. 42

      Pages: 084015-1-084015-9

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Hard X-ray photoelectron spectroscopy of buried Heusler compounds2009

    • Author(s)
      S. Ouardi
    • Journal Title

      J. Phys. D : Applied Phys. 42

      Pages: 084010-1-084010-7

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Transport properties of Nb/PdNi bilayers and Nb/PdNi/Nb Josephson junctions2009

    • Author(s)
      K.-i. Matsuda
    • Journal Title

      J. Physics : Conference Series 150

      Pages: 0521551-1-0521551-4

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Half-metallic electronic structure of Co_2MnSi electrodes in fully epitaxial Co_2MnSi/MgO/Co_2MnSi magnetic tunnel junctions proved by tunneling spectroscopy (Invited)2009

    • Author(s)
      T. Ishikawa
    • Journal Title

      J. Appl. Phys. 105

      Pages: 07B110-1-07B110-6

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Critical role of interface states for spin-dependent tunneling in half-metallic Co_2MnSi-based magnetic tunnel junctions investigated by tunneling spectroscopy2009

    • Author(s)
      T. Ishikawa
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett. 94

      Pages: 092503-1-092503-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Influence of annealing on spin-dependent tunneling characteristics of fully epitaxial Co_2MnGe/MgO/Co_<50>Fe_<50> magnetic tunnel junctions2009

    • Author(s)
      T. Taira
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett. 94

      Pages: 072510-1-072510-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Three-valued Magnetic Tunnel Junction for Non-volatile Ternary Content Addressable Memory Application2008

    • Author(s)
      T. Uemura
    • Journal Title

      J. Appl. Phys. 104

      Pages: 123911-1-123911-5

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Fabrication and Characterization of Fully Epitaxial Magnetic Tunnel Junction Field Sensors using a Co_2MnSi Thin Film2008

    • Author(s)
      M. Masuda
    • Journal Title

      IEEE Transactiofis on Magnetics 44

      Pages: 3996-3998

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Detection of the valence band in buried Co_2MnSi-MgO tunnel junctions by means of photoemission spectroscopy2008

    • Author(s)
      G H. Fecher
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett. 92

      Pages: 193513-1-193513-3

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Epitaxial growth and characterization of Co_2MnSi thin films on GaAs with MgO interlayer2008

    • Author(s)
      T. Uemura
    • Journal Title

      Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures 40

      Pages: 2025-2027

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 強磁性細線中を伝搬する磁壁の構造および運動のTMR検出のシミュレーション2009

    • Author(s)
      澤田圭佑
    • Organizer
      2009年(平成21年) 春季第56回応用物理学会関係連合講演会
    • Place of Presentation
      つくば市、筑波大学
    • Year and Date
      2009-03-31
  • [Presentation] エピタキシャルCoFe/n-GaAs接合における磁気抵抗特性2009

    • Author(s)
      今井洋介
    • Organizer
      The 13^<th> Symposiumu on the Physics and Application of Spin-Related Phenomena in Semiconductors (PASPS13)
    • Place of Presentation
      仙台市, 東北大学
    • Year and Date
      2009-01-28
  • [Presentation] Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1/MgO/Co_<50>Fe_<50>強磁性トンネル接合のコンダクタンス特性に対するアニールの影響2009

    • Author(s)
      米村和希
    • Organizer
      2009年(平成21年) 第44回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • Place of Presentation
      函館市, サン・リフレ函館
    • Year and Date
      2009-01-09
  • [Presentation] Co_2Cr_<0.6>Fe_0.4A1/MgO/Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1強磁性トンネル接合のスピン依存コンダクタンス特性2009

    • Author(s)
      板橋直樹
    • Organizer
      2009年(平成21年) 第44回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • Place of Presentation
      函館市, サン・リフレ函館
    • Year and Date
      2009-01-09
  • [Presentation] ホイスラー合金薄膜を上部フリー層に用いた微細MTJの作製と評価2009

    • Author(s)
      増田昌洋
    • Organizer
      2009年(平成21年) 第44回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • Place of Presentation
      函館市, サン・リフレ函館
    • Year and Date
      2009-01-09
  • [Presentation] CoFe/n-GaAs/CoFe横型接合における磁気抵抗特性2009

    • Author(s)
      今井洋介
    • Organizer
      2009年(平成21年) 第44回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • Place of Presentation
      函館市, サン・リフレ函館
    • Year and Date
      2009-01-09
  • [Presentation] Co2MnSi細線電極における磁壁構造に依存したトンネル磁気抵抗のシミュレーション2009

    • Author(s)
      澤田圭佑
    • Organizer
      2009年(平成21年) 第44回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • Place of Presentation
      函館市, サン・リフレ函館
    • Year and Date
      2009-01-09
  • [Presentation] ハーフメタル系強磁性体(Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1)/超伝導体(NbN)二層薄膜のエピタキシャル成長2009

    • Author(s)
      今井悟嗣
    • Organizer
      2009年(平成21年) 第44回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • Place of Presentation
      函館市, サン・リフレ函館
    • Year and Date
      2009-01-09
  • [Presentation] ホイスラー合金を用いた強磁性トンネル接合のスピン依存トンネル特性(依頼講演)2009

    • Author(s)
      山本眞史
    • Organizer
      日本金属学会第3分科会シンポジウム
    • Place of Presentation
      仙台市, 東北大学
    • Year and Date
      2009-01-06
  • [Presentation] Tunneling spectroscopy of fully epitaxial Co_2MnSi/MgO/Co_2MnSi magnetic tunnel junctions2008

    • Author(s)
      T. Ishikawa
    • Organizer
      2008 Material Research Society (MRS) Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, MA, USA
    • Year and Date
      2008-12-03
  • [Presentation] Tunneling conductance characteristics for Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1/MgO/Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1 magnetic tunnel junction2008

    • Author(s)
      N. Itabashi
    • Organizer
      2008 Material Research Society (MRS) Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, MA, USA
    • Year and Date
      2008-12-02
  • [Presentation] Spin-polarized tunneling in fully epitaxial magnetic tunnel junctions with Heusler alloy thin films and a MgO barrier (Invited)2008

    • Author(s)
      M. Yamamoto
    • Organizer
      2008 Material Research Society (MRS) Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, MA, USA
    • Year and Date
      2008-12-02
  • [Presentation] Tunnel magnetoresistance characteristics of post-deposition-annealed Co_2MnGe/MgO/CoFe tunnel junctions2008

    • Author(s)
      T. Taira
    • Organizer
      2008 Material Research Society (MRS) Fall Meeting
    • Place of Presentation
      Boston, MA, USA
    • Year and Date
      2008-12-02
  • [Presentation] Spin-dependent electronic structures of Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1 electrodes investigated through tunneling spectroscopy2008

    • Author(s)
      N. Itabashi
    • Organizer
      53^<rd> Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • Place of Presentation
      Austin, TX, USA
    • Year and Date
      2008-11-14
  • [Presentation] High energy high resolution photoemission spectroscopy of Heusler compounds2008

    • Author(s)
      A. Gloskovskii
    • Organizer
      53^<rd> Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • Place of Presentation
      Austin, TX, USA
    • Year and Date
      2008-11-13
  • [Presentation] Tunneling spectroscopy of Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1/MgO/CoFe magnetic tunnel junctions2008

    • Author(s)
      K. Yonemura
    • Organizer
      53^<rd> Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • Place of Presentation
      Austin, TX, USA
    • Year and Date
      2008-11-13
  • [Presentation] Structural characterizations of Co_2MnSi/MgO/Co_2MnSi magnetic tunnel junctions2008

    • Author(s)
      T. Nakatani
    • Organizer
      53^<rd> Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • Place of Presentation
      Austin, TX, USA
    • Year and Date
      2008-11-13
  • [Presentation] Spin-dependent tunneling characteristics of Co_2MnGe/MgO/CoFe tunnel junctions2008

    • Author(s)
      T. Taira
    • Organizer
      53^<rd> Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • Place of Presentation
      Austin, TX, USA
    • Year and Date
      2008-11-12
  • [Presentation] Half-metallic electronic structure of Co_2MnSi electrodes proved by tunneling spectroscopy (Invited)2008

    • Author(s)
      T. Ishikawa
    • Organizer
      53^<rd> Magnetism and Magnetic Materials Conference
    • Place of Presentation
      Austin, TX, USA
    • Year and Date
      2008-11-12
  • [Presentation] Fabrication of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with half-metallic Heusler alloy thin films and a MgO tunnel barrier (Invited)2008

    • Author(s)
      M. Yamamoto
    • Organizer
      The 10^<th> Intl Joint Symposium between Hokkaido University and Chungnam National University
    • Place of Presentation
      Sapporo, Japan
    • Year and Date
      2008-10-23
  • [Presentation] 透過電子顕微鏡によるホイスラー合金Co_2MnSiを用いた強磁性トンネル接合の解析2008

    • Author(s)
      中谷友也
    • Organizer
      日本金属学会2008年秋期講演大会
    • Place of Presentation
      Maddd, Spaim
    • Year and Date
      2008-09-24
  • [Presentation] MgOバリアと界面を有するCo_2MnGe薄膜のXMCD測定2008

    • Author(s)
      朝倉大輔
    • Organizer
      日本物理学会2008年秋季大会
    • Place of Presentation
      岩手県盛岡市, 岩手大学
    • Year and Date
      2008-09-21
  • [Presentation] Co2Cr_<0.6.Fe_<0.4>A1/MgO/Co_2Cr_<0.6>Fc_<0.4>A1強磁性トンネル接合のスピン依存トンネルスペクトロスコピー2008

    • Author(s)
      板橋直樹
    • Organizer
      第32回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      宮城県多賀城市, 東北学院大学
    • Year and Date
      2008-09-14
  • [Presentation] Co_2MnGe/MgO/Co_<50>Fe_<50>強磁性トンネル接合のトンネル磁気抵抗特性の改善2008

    • Author(s)
      平智幸
    • Organizer
      第32回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      宮城県多賀城市,東北学院大学
    • Year and Date
      2008-09-13
  • [Presentation] Co_2MnSi電極を用いた強磁性トンネル接合におけるスピン依存コンダクタンス特性2008

    • Author(s)
      石川貴之
    • Organizer
      第32回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      宮城県多賀城市,東北学院大学
    • Year and Date
      2008-09-13
  • [Presentation] Nb/PdNi二層膜およびNb/PdMNbジョセフソン接合の電気伝導特性2008

    • Author(s)
      松田健一
    • Organizer
      2008年(平成20年) 秋季第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集
    • Place of Presentation
      愛知県春日井市、中部大学
    • Year and Date
      2008-09-05
  • [Presentation] Co_2MnGeZMgO/Co_<50>Fe_<50>強磁性トンネル接合のコンダクタンス特性2008

    • Author(s)
      平智幸
    • Organizer
      2008年(平成20年) 秋季第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集
    • Place of Presentation
      愛知県春日井市、中部大学
    • Year and Date
      2008-09-05
  • [Presentation] Co_2MnSi/MgO/Co_2MnSi MTJのスピン依存トンネル特性に対するアニール効果2008

    • Author(s)
      石川貴之
    • Organizer
      2008年(平成20年) 秋季第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集
    • Place of Presentation
      愛知県春日井市、中部大学
    • Year and Date
      2008-09-04
  • [Presentation] Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>A1/MgO/Co_<50>Fe_<50>強磁性トンネル接合のスピン依存トンネル特性2008

    • Author(s)
      米村和希
    • Organizer
      2008年(平成20年) 秋季第69回応用物理学会学術講演会講演予稿集
    • Place of Presentation
      愛知県春日井市、中部大学
    • Year and Date
      2008-09-04
  • [Presentation] Spin-dependent tunneling spectroscopy of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with Heusler alloy Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>AI electrodes and a MgO barrier2008

    • Author(s)
      N. Itabashi
    • Organizer
      25^<th> Int'l Conf. on Low Temp. Physics
    • Place of Presentation
      Amsterdam, The Netherlands
    • Year and Date
      2008-08-11
  • [Presentation] Transport Properties of Nb/PdNi bilayers and Nb/PdNi/Nb Josephson junctions2008

    • Author(s)
      K.-i. Matsuda
    • Organizer
      25^<th> Int'l Conf. on Low Temp. Physics
    • Place of Presentation
      Amsterdam, The Netherlands
    • Year and Date
      2008-08-07
  • [Presentation] ハーフメタル系ホイスラー合金を用いた強磁性トンネル接合デバイス(依頼講演)2008

    • Author(s)
      山本眞史
    • Organizer
      日本学術振興会薄膜第131委員会第241回研究会
    • Place of Presentation
      北海道釧路市,釧路プリンスホテル
    • Year and Date
      2008-06-27
  • [Presentation] Spin-dependent tunneling conductance in fully epitaxial Co_2MnSi/MgO/Co_2MnsI tunnel junctions2008

    • Author(s)
      T. Ishikawa
    • Organizer
      IEEE Int'l Magnetics Conf. Europe 2008
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2008-05-05
  • [Presentation] Fabrication and characterization of magnetic tunnel junction field sensors with a Co_2MnSi thin film2008

    • Author(s)
      M. Masuda
    • Organizer
      IEEE Int'l Magnetics Conf. Europe 2008
    • Place of Presentation
      Madrid, Spain
    • Year and Date
      2008-05-05
  • [Remarks]

    • URL

      http://nsed.ist.hokudaLacjp/index.html

URL: 

Published: 2010-06-11   Modified: 2016-04-21  

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