ハイブリッド人工格子のスピン輸送とその機能デバイスへの応用

1998 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 10450139
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Research Institution: Kyushu University
• Principal Investigator: 松山 公秀 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 教授 (80165919)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 能崎 幸雄 九州大学, 大学院・システム情報科学研究科, 助手 (30304760) ; 中司 賢一 九州大学, 工学部, 助教授 (50237252) ; 浅田 裕法 山口大学, 工学部, 助教授 (70201887)
• Keywords: 巨大磁気抵抗効果 / 磁性薄膜 / スピン依存型電子散乱 / スピンパルプ

Research Abstract

スピン偏極伝導電子の輸送特性を利用した新しい機能デバイスの実現に向け、強磁性金属、半導体、絶縁体等の異種材料からなるハイブリッド人工格子膜を作製し、その構造解析、磁気及び電気伝導特性評価を行い以下の成果を得た。
1) 強磁性体(Fe,Co,Ni)と酸化物半導体SnO_xから成る人工格子膜を多元マグネトロンスパッタリング装置により作製し、その構造、磁性、電気伝導特性の比較評価を行った。この結果、上記の材料系の中で、Co/SnOxが最も急峻な界面構造を呈し、また、磁性層の超薄膜化に際しての飽和磁化の低下が最も少なく、同系においてナノメータオーダの磁性人工格子構造が形成可能であることを明らかにした。
2) 2重コンタクトホール構造をとることにより、デバイス形成過程での人工格子膜側面における電気的短絡の問題を回避し、ナノメータオーダの積層周期を有する人工格子膜において膜面垂直方向(CPP:Current perpendicular to plane)の半導体的伝導特性を実現した。
3) 微細加工技術により作製した[Co(2nm)/SnO_x(4nm)]_<10>CPP電気伝導路において室温で約0.5%のスピン依存型磁気抵抗変化を観測した。本伝導系における電気伝導度は熱活性化エネルギー4.4×10^<-3>ergの半導体的特性を示しており、スパッタリングにより成膜した化合物半導体中においても伝導電子のスピン偏極輸送が実現可能であることを実証した。
4) Co/Al_2O_3人工格子膜について予備的評価を行ない、CPP伝導においてスピン依存型の磁気抵抗特性を観測したが、その伝導機構は金属的であった。本材料系に関しては、今後、CPPトンネル伝導を実現するためのAl_2O_3成膜条件について検討を進める予定である。

Research Products

• [Publications] K.Matsuyama: "Micromagnetics of magnetization switching in nanostructured multilayer" Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 177. 197-198 (1998)
• [Publications] K.Matsuyama: "Nucleation of periodic domain structure in micro-fabricated spin valve strip pattern" IEEE Transactions on Magnetism. 34・4. 1072-1074 (1998)
• [Publications] H.Asada: "Magnetization switching behavior in nanostructured NiFe/Co/Cu/Co spin valve" IEEE Transactions on Magnetism. 34・4. 1102-1104 (1998)
• [Publications] Y.Nozaki: "Magnetic reversal process in micron size ferromagnetic Co array" Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 177. 1271-1272 (1998)