2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of switchable spintronics device based on the change in the magnetic exchange interaction by hydrogen gas
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21K04152
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| Research Institution | University of Toyama |
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Principal Investigator |
赤丸 悟士 富山大学, 学術研究部理学系, 助教 (10420324)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 水素 / 磁性多層膜 / 磁気抵抗 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
水素吸蔵合金の水素吸収に伴う電気抵抗変化の増幅を目的として、巨大磁気抵抗効果が発現するFe/V多層膜を対象に、水素吸収・放出による磁気抵抗の変化をFe/V多層膜の構造に着目して調べた。Fe膜厚を固定しV膜厚を2.0nm程度に調整することで磁気抵抗に巨大磁気抵抗効果が見られた。そのFe/V多層膜を水素雰囲気に晒すと、電気抵抗は気相の水素分圧増加に伴い増加した。電気抵抗の水素分圧依存性を圧膜のV単層膜のそれと比較することで、VからV水素化物への相変化と水素分圧の関係が推察でき、Fe/V多層膜ではV水素化物形成時の水素分圧が高圧力側にずれていることが示唆された。一方Fe/V多層膜の巨大磁気抵抗効果は水素分圧を大きくすることで徐々に小さくなり消失した。巨大磁気抵抗効果にはFe層間の距離とFe層間にある材料の電子状態が影響すると考えられており、今回の結果はV水素化物の形成によるFe層間の距離増大の影響は小さく、V水素化物の電子構造が強く影響していることを示した。
巨大磁気抵抗効果が表れないFe/V多層膜に対し、V水素化物形成による巨大磁気抵抗効果の発現を狙い、様々なV膜厚のFe/V多層膜について水素雰囲気下での磁気抵抗を調べた。V膜厚が2.4nm以上では、窒素雰囲気下では巨大磁気抵抗効果は表れないが、水素雰囲気下でのV水素化物形成により巨大磁気抵抗効果が発現した。水素分圧を高くすると、再び巨大磁気抵抗効果が消失した。これより水素化物中の水素量の増加による結晶構造変化もしくは電子構造変化が影響していることが示唆された
今回観測された巨大磁気抵抗効果の大きさは、最大でも1％程度であった。V水素化物の巨大磁気抵抗効果も同等の大きさであり、この大きさはV膜厚の調整では改善されなかった。抵抗増幅率を大きくするためには、ほかの強磁性/非磁性水素吸蔵合金を組み合わせた多層膜の検討が必要である。
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