2020 Fiscal Year Annual Research Report
Spin-dependent conduction mechanism of half-metallic Heusler alloys and applications to practical devices
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17H06152
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
宝野 和博 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拠点, フェロー (60229151)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 昭夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (00272534)
三浦 良雄 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拠点, グループリーダー (10361198)
桜庭 裕弥 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拠点, グループリーダー (10451618)
佐々木 泰祐 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拠点, 主幹研究員 (30615993)
中谷 友也 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拠点, 主任研究員 (60782646)
田尻 寛男 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70360831)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | ハーフメタル / 巨大磁気抵抗素子 / ホイスラー合金 / 界面スピン依存散乱 / ハードディクスドライブ / 磁気センサ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
ホイスラー合金ハーフメタル材料を用いたCPP-GMR素子においては大きな進捗が2つあった。１つは、CFGG/Ag/CFGGのAg中間層界面にNi数原子層を挿入した素子において、Ag中間層から第2終端層のCoがNiに置換することによって、界面のスピン依存散乱が大幅に改善し、磁気特性向上が得られていることが、原子レベルの構造解析と第一原理計算の融合によって解明することができた。わずか１原子層の違いが界面スピン輸送に影響を与えることを初めて実証した成果となった。もう１つは、一般的な磁性体とハーフメタルの界面においても極めて大きなスピン依存界面散乱が生じ、室温での磁気抵抗比の向上に寄与しうることを解明することができた。CFMS/CoFeを片側の強磁性電極としたCPP-GMR素子で、CFMS単体やCoFe単体よりも2倍にもなる磁気抵抗比が観測された。スピンの２流体モデルによる解析と、第一原理計算に基づく透過率計算から、CFMS/CoFe界面では90%を超えるスピン非対称性係数が存在することが確認された。本成果は、多結晶素子にも利用できるため、実用に向けて汎用性の高い技術となった。一方、CIP-GMR素子においては、過去の研究で実現した世界最高特性を示したbcc-Cu中間層を持つ素子をさらに実用レベルに展開させるため、抵抗の外部磁場応答に線形性を持たせることを試みた。CoFe/Rh/CoFe/Cu/CoFeという非対称な積層構造において、Rh中間層が中間CoFe層に与える90°層間磁気結合が、0.1T超える幅広い磁場範囲で線形応答性を生み出し、bcc-Cu中間層による大きな磁気抵抗と両立可能であることを実証した。
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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
CPP-GMRのMR比に界面の原子層レベルでの制御の重要性を学術的に実証した。またハーフメタルと通常の強磁性金属の界面散乱が磁気抵抗比を大幅に増大させる新規な知見を見出した。これらは学術的にも、実用に向けても有用な成果となった。またCIP-GMRで実用的な線形応答性を付与することにも成功した。CPP-GMRおよびCIP-GMRにおいて、実用に向けて大きな進歩があり、順調な進捗があると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究成果によって、ハーフメタルホイスラー合金を実用に展開させる新手法を複数見出すことができた。今後はエピタキシャル素子で見出されたこられらの知見をより実用に近づけるために、多結晶素子に展開させる。また、ホイスラー合金をCPP-GMR素子の課題である磁気抵抗比の大きな温度依存性は、ホイスラー合金と非磁性中間層に界面に由来する可能性が高いことが見出されており、ホイスラー合金/CoFeの磁性体/磁性体の界面における特性の温度依存性を深さ分解磁化測定などの手法で解明を目指していく。
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[Journal Article] Quantitative atomic order characterization of a Mn2FeAl Heusler epitaxial thin film2022
Author(s)
S. Kurdi, Y. Sakuraba, K. Masuda, H. Tajiri, B. Nair, G. F. Nataf, M. E. Vickers, G. Reiss, M. Meinert, S. S. Dhesi, M. Ghidini, and Z. H. Barber
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Journal Title
Journal of Physics D: Applied Physics
Volume: 55
Pages: 185305
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Above-room-temperature giant thermal conductivity switching in spintronic multilayers2021
Author(s)
H Nakayama, B Xu, S Iwamoto, K Yamamoto, R Iguchi, A Miura, T Hirai, Y. Miura, Y. Sakuraba, J. Shiomi, and K. Uchida
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 118
Pages: 042409
DOI
Peer Reviewed
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