Development of hydrogen controllabel GMR multilayer

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K04745
• Research Institution: University of Toyama
• Principal Investigator: 赤丸 悟士 富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (10420324)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2021-03-31
• Keywords: 水素 / 磁性多層膜 / 磁気抵抗 / パラジウム合金

Outline of Annual Research Achievements

強磁性体と非磁性体を交互に積層した磁性多層膜においてみられる巨大磁気抵抗(GMR)効果について、水素による制御を試みた。水素を吸収できる強磁性体であるPdCoとCuの磁性多層膜では、PdCoの磁化が水素吸収により減少することを利用してGMR効果を変化させることができると考えた。昨年度まで、水素雰囲気下での測定を可能とする磁気抵抗測定系の構築を行い、またPdCo/Cu/PdCoの三層膜を電子ビーム蒸着により作成し、水素雰囲気下での磁気抵抗を測定した。これより、Co濃度30%以上のPdCo合金を用いることで巨大磁気抵抗(GMR)効果を示すこと、またCo濃度の増加に伴いGMR効果が大きくなることがわかった。
本年度は、巨大磁気抵抗効果を大きくするため、低Co濃度のPd27at%Co合金について、調製条件の最適化による結晶性の改善を試みた。Al2O3単結晶基板を用いて、酸化防止のため膜表面に1.3nmのPdCo/Cuを製膜した試料が最も結晶性が良くなった。この試料を水素ガスに晒すと、磁気抵抗全体は増加するが、GMR効果に起因する抵抗は水素濃度の増加に伴い減少する様子が見られた。PdCoの磁化は水素吸収により減少することから、水素中でのGMR効果の減少はPdCoの磁化の減少を反映していることが示唆された。しかし、その変化はGMR効果に起因する抵抗の2%、全体の抵抗の0.05%であった。PdCoの水素吸収量はかなり少なく（PdCoに対して1at%以下）、そのため磁化や抵抗の変化量が小さいと考えられた。結果、PdCoを用いたPdCo/Cu多層膜では、PdCoの水素吸収による磁化変化により磁性多層膜が示すGMR効果の大きさを変えることができた。一方で、PdCoを用いた磁性多層膜では、GMR効果の変化を現状からより大きくすることは困難であった。