2021 Fiscal Year Research-status Report
Pioneering development of electromagnetic functions in high entropy alloys
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21K18180
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
窪田 崇秀 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (00580341) [Withdrawn]
加藤 秀実 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (80323096)
鈴木 和也 東北大学, 材料科学高等研究所, 助教 (20734297)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | ハイエントロピー合金 / スピン軌道トルク / スピンホール効果 / 軟磁性 / 磁気異方性 / スピン蓄積 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2021年度は①FeCoNiCuPd系磁性ハイエントロピー合金並びに、②TaWNbMo系非磁性ハイエントロピー合金について検討を進めた。①磁性ハイエントロピー合金に関しては、組成の異なるバルク試料を複数種類作製し、磁気特性の基礎評価を行った。FeCoNiの組成比を固定し、非磁性元素であるCu並びにPdの組成を変化させ、飽和磁化の組成依存性を調べた結果、一部組成において、非磁性元素組成に依存した単調なふるまいから外れる傾向が確認された。その原因に関しては今後検討を継続する。②非磁性ハイエントロピー合金に関しては、Ta-W-Nb-Moの4元系並びに、第5元素としてMnを添加した5元系ハイエントロピー合金薄膜試料を作製した。結晶構造解析の結果、いずれの系においても異相の存在は確認されず、また、全ての試料が体心立方構造を示すことが確認された。加えて、非磁性ハイエントロピー合金薄膜と強磁性体であるCoFeB薄膜との積層構造を作製し、スピンホール磁気抵抗を測定した。作製した全ての試料においてスピンホール磁気抵抗を観測することに成功すると共に、その抵抗変化量が組成、並びに、非磁性ハイエントロピー合金層の膜厚に依存する傾向を確認した。スピンホール磁気抵抗に関しては、膜厚依存性に対して理論式に基づくフィッティングを行うことで、スピン流生成効率の指標の一つであるスピンホール角の定量評価を行った。ハイエントロピー合金における定量的なスピンホール磁気抵抗の議論はこれまでに皆無であり、スピンオービトロニクスの研究分野における先駆的な実験結果が得られた。
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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
磁性ハイエントロピー合金については、当初計画で本年度薄膜試料の評価も実施する予定であったが、本年度はバルク試料の評価までにとどまっている。一方で、非磁性ハイエントロピー合金については、当初計画では本年度は単相試料の作製、結晶構造の基礎評価までを計画していたが、予定よりも順調に研究が進展し、2年度目に計画をしていたスピンホール磁気抵抗の定量評価までを実施した。全体を総合的に判断し、順調に進展していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
①磁性ハイエントロピー合金については、前年度に引き続き、FeNiCoCuPdハイエントロピー合金に着目し、バルク試料の結晶構造評価および微細構造評価を進める。また、電気抵抗率の温度依存性といった電気伝導測定や、異方性磁気抵抗効果の測定などのスピン依存伝導の実験を進め、磁気および磁気伝導特性の組成依存性に関する考察を深める。さらに、バルクよりも組成制御の自由度が大きいスパッタリング法による薄膜の作製を行い、ハイエントロピー合金となる成膜条件の探索や、作製した薄膜の微細構造、磁気特性、スピン依存伝導現象を総合的に調べることによりハイエントロピー合金ならではの電磁機能の発見を目指す。②非磁性ハイエントロピー合金に関しては、初年度までに得られたスピンホール磁気抵抗に関する実験結果の解析を進め、学会発表と論文執筆を行う。
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| Causes of Carryover |
新型コロナウイルス感染拡大に伴い、旅費の執行が全くなかったため。余剰額に関しては、翌年度材料費などに充てることで、試料数を増やし、研究の系統性を高めることに活用する計画である。
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