2020 Fiscal Year Annual Research Report
Fe3O4/絶縁体の界面精密制御によるトンネル磁気抵抗素子の高機能化
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18H01465
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
長浜 太郎 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20357651)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岡林 潤 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70361508)
本多 周太 関西大学, システム理工学部, 准教授 (00402553)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / トンネル磁気抵抗効果 / マグネタイト |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Fe3O4は第一原理計算からはハーフメタルであると予想され大きなTMRを示すことが期待されているが、現在その能力が発揮されているとは言い難い。本研究はFe3O4を電極とする強磁性トンネル接合（MTJ)を作製し、そのトンネル磁気抵抗効果（TMR)を調べ、より大きなTMR比を実現することを目的とする。
2020年度は、Fe3O4製膜時の酸素分圧依存性について詳細に調べた。酸素分圧4x10^-4Pa（試料１）、1x10^-4Pa（同２）、5x10^-5Pa（同３）、で作製したMTJについてTMRの温度依存性を調べた。試料１は80KまでTMR比は増大を続けたが、試料２、試料３、については125Kで最大を示した。また広い温度範囲に渡って試料３は試料２の2倍程度のTMRを示した。製膜時酸素分圧はFe3O4の酸素組成を決定していると考えられ、Fe3O4の酸素組成がTMRに大きな影響を与えることが明らかになった。さらにVerwey転移との関連を調べるためFe3O4電極の電気抵抗の温度依存性を調べると、試料１のみVerwey転移が観測されなかった。このことは酸素組成がVerwey転移に多大な影響を与え、ひいてはTMRにも影響を与えているものと考えられる。
本研究ではMgOバリアを用いており、コヒーレントトンネリングが起こっているのか、トンネリングのメカニズムが一つのポイントである。Fe3O4の電気伝導はｄ電子のホッピングであると考えられ、Fe/MgO/Feのようなデルタ１電子のトンネリングが起こっているかは明らかではなかったが、第一原理計算により、デルタ１電子の成分が含まれており、部分的にコヒーレントトンネリングが可能であることがわかった。
XMCDではCo挿入による局所的な磁気状態の評価を行った。明確な違いは観測されなかったが、わずかな吸収エネルギーのずれが存在する可能性がある。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Remarks |
2021年3月に「酸化鉄で巨大な負のトンネル磁気抵抗効果を実現～酸化物スピントロニクスの実現に道筋～」のタイトルでプレスリリースを行った。
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