2020 Fiscal Year Research-status Report
ハーフメタル型Co系ホイスラー合金を用いたスピン三重項ジョセフソン接合の実証
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20K22487
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
藤田 裕一 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, ICYS研究員 (40874459)
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| Project Period (FY) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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| Keywords | ホイスラー合金 / ハーフメタル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，超伝導体の巨視的波動関数の0-π位相シフトを安定的に誘起するため，ハーフメタル型Co系ホイスラー合金を用いたスピン三重項ジョセフソン接合(スピン三重項JJ)の実証に挑戦する．今年度は，スピン三重項超伝導生成の土台となる，金属多層構造におけるCo系ホイスラー合金層のハーフメタル性を検証するため，Co系ホイスラー合金Co2Fe0.4Mn0.6Si(CFMS)層を有するフルエピタキシャル面直通電型巨大磁気抵抗効果(CPP-GMR)素子を作製し磁気抵抗(MR)効果の測定を行なった．スパッタリング法を用いて，CoFe/CFMS/Ag/CFMS/CoFe構造およびCFMS/Ag/CFMS構造のCPP-GMR擬似スピンバルブの試料をそれぞれ作製した．X線回折法により両構造のエピタキシャル成長を確認した．また，高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡法による試料断面構造の観察結果から，全て層同士の界面が平坦かつ原子レベルで急峻であることを確認した．試料を微細素子に加工しMR効果の測定を行なったところ，CoFe/CFMS/Ag/CFMS/CoFe構造のCPP-GMR素子において，CFMS/Ag/CFMS構造のそれと比較してMR出力の顕著な増大が観測された．バリスティック伝導に関する第一原理計算とCPP-GMR構造におけるスピン依存伝導のシミュレーションにより，このMR出力の増大がCFMSのハーフメタル性に起因するCFMS/CoFe界面の強いスピン依存散乱によるものであること示唆された．以上の検討により，ハーフメタル型Co系ホイスラー合金中のスピン三重項超伝導生成の検証に展開可能な金属多層構造の作製プロセスが確立された．
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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
本研究は，ハーフメタル型Co系ホイスラー合金を用いたスピン三重項ジョセフソン接合(スピン三重項JJ)の実証に挑戦することが目的であり，今年度中にスピン三重項超伝導生成の検証の開始には至らなかったものの，今年度の取り組みによって，Co系ホイスラー合金層を有するエピタキシャルCPP-GMR構造の作製プロセスの確立，および金属多層構造内におけるCo系ホイスラー合金層のハーフメタル性の実証に至った．これらの技術や知見は，ハーフメタル型Co系ホイスラー合金中のスピン三重項超伝導生成を実証するための金属多層構造の作製に展開可能である．したがって，おおむね順調に進展していると判断した．
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度に確立したCo系ホイスラー合金層を含む多層構造のエピタキシャル成長のプロセス技術を用いて，超伝導体(NbNやNb)/強磁性体/非磁性体/Co系ホイスラー合金構造の三重項スピンバルブ構造を作製し，スピン三重項超伝導のCo系ホイスラー合金層中の生成を実証する．
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