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2011 Fiscal Year Annual Research Report

スピネル型単結晶トンネルバリアを有する新規強磁性トンネル接合の開拓

Research Project

Project/Area Number 22686066
Research InstitutionNational Institute for Materials Science

Principal Investigator

介川 裕章  独立行政法人物質・材料研究機構, 磁性材料ユニット, 研究員 (30462518)

Keywordsスピントロニクス / 磁性薄膜 / MgAl204 / 強磁性トンネル接合
Research Abstract

本研究課題は,潮解性がなく,bcc系強磁性金属やホイスラー合金といった合金と格子不整合が小さいという長所を持つ,強磁性トンネル接合(MTJ)用の新規トンネルバリア材料:スピネルMgAl2O4超薄バリアの作製技術開発を通し,巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)を得ることを目的としている。本年度は,強磁性電極にbcc構造のFe(001)を用いたFe/MgAl204/Fe構造の作製を通し,エピタキシャルMgAl204バリアの作製法の確立と,MgAl204バリアのもつポテンシャルを明らかにする研究を進展させた。Mg-Al合金ターゲットからスパッタ成膜したMgAl合金(マグナリウム)薄膜をプラズマ酸化する方法に加え,酸素ガスの真空装置への導入による自然酸化法を用いた。この方法によって,応用上重要な,非常に低抵抗なトンネルバリアを達成した。また,Mg-Al組成の調整によって,幅広い組成範囲でMg-Al-O薄膜を立方晶で作製可能であることを示した。これによって,バリア層の格子定数の調整が可能になり,電極との界面の格子不整合をほぼゼロである完全格子整合接合を達成できた。さらに,CoFe電極を用いたCoFe/MgAl204/CoFe構造により室温300%を超える巨大なTMR比を得ることに成功した。特に,この高いTMR比は,MTJ用に広く用いられている材料であるMgOを用いたMTJの値に匹敵しており,MgAl204はMgOに続くコヒーレント効果によるTMR増大を示す「第2のバリア材料」であるといえる。さらに,東北大学との共同研究の結果として,理論計算によって高TMRが実現することを示すことにも成功し,実験,理論の両面からMg-Al-Oバリアの高いポテンシャルを確かめることに成功した。したがって,MgAl204は電極材料の選択性が高く,MTJへの応用だけではなく,新規スピントロニクスデバイスへの展開も期待できる。本年度はさらに高いTMR実現のために,高いスピン分極率を有する強磁性体,Co2FeAlホイスラー合金に関する知見も多く得られ,今後さらに高TMRが実現可能になることが期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

室温で300%を超える高いTMRを実現することに成功していることに加え,高スピン分極材料であるCo2FeAl薄膜の研究も順調に進んでおり,今後Mg-Al-OバリアとCo2FeAlを用いることでさらに大きなTMRを狙える位置にあるため。

Strategy for Future Research Activity

ホイスラー合金Co2FeAlなどを用いることによってさらに高いTMRを目指すこと,Mg-Al-O系以外の新規バリア材料を実現することを目指す。

  • Research Products

    (16 results)

All 2012 2011

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 6 results) Presentation (9 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Spin Polarimetry and Magnetic Dichroism on a Buried Magnetic Layer Using Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy2012

    • Author(s)
      G.Stryganyuk, X.Kozina, G.H.Fecher, S.Ouardi, S.Chadov, C.Felser, G.Schonhense, P.Lushchyk, A.Oelsner, P.Bernhard, E.Ikenaga, T.Sugiyama, H.Sukegawa, Z.C.Wen, K.Inomata, K.Kobayashi
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics

      Volume: 51 Pages: "016602-1"-"016602-4"

    • DOI

      10.1143/JJAP.51.016602

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 59Co NMR experiment as a probe of electron doping in Co2FeAl1-xSix Heusler alloys2012

    • Author(s)
      M.Wojcik, E.Jedryka, H.Sukegawa, T.Nakatani, K.Inomata
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85 Pages: "100401(R)-1"-"100401(R)-4"

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.85.100401

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] エピタキシャルFe/MgAl2O4/Fe(001)強磁性トンネル接合における結晶性と伝導特性2011

    • Author(s)
      H. Sukegawa, H. Xiu, T. Ohkubo, T. Niizeki, S. Kasai, T. Furubayashi S. Mitani, K. Inomata, and K. Hono
    • Journal Title

      Journal of The Magnetics Society of Japan

      Volume: 35巻 Pages: 254-259

    • DOI

      DOI: 10.3379/msjmag.1104R011

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bi-quadratic interlayer exchange coupling in Co2MnSi/Ag/Co2MnSi pseudo spin-valve2011

    • Author(s)
      H.S.Goripati, M.Hayashi, T.Furubayashi, T.Taniguchi, H.Sukegawa, Y.K.Takahashi, K.Hono
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 110 Pages: "123914-1"-"123914-7"

    • DOI

      10.1063/1.3671634

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Perpendicular magnetization of Co2FeAl full-Heusler alloy films induced by MgO interface2011

    • Author(s)
      Zhenchao Wen, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 98 Pages: "242507-1"-"242507-3"

    • DOI

      10.1063/1.3600645

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Tunnel magnetoresistance in textured Co2FeAl/MgO/CoFe magnetic tunnel junctions on a Si/SiO2 amorphous substrate2011

    • Author(s)
      Zhenchao Wen, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 98 Pages: "192505-1"-"192505-3"

    • DOI

      10.1063/1.3587640

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] フルホイスラー合金Co2FeAl層を有する強磁性トンネル接合におけるスピン注入磁化反転2012

    • Author(s)
      介川裕章, Z.C.Wen, 近藤浩太, 葛西伸哉, 三谷誠司, 猪俣浩一郎
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-17
  • [Presentation] 準安定立方晶Al2O3を用いたエピタキシャル強磁性トンネル接合2012

    • Author(s)
      介川裕章, 三谷誠司, 新関智彦, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
    • Place of Presentation
      早稲田大学(東京都)
    • Year and Date
      2012-03-15
  • [Presentation] Perpendicular magnetization of Co2FeAl full-Heusler alloy thin films induced by MgO interface2011

    • Author(s)
      Zhenchao Wen, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
    • Organizer
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟)
    • Year and Date
      2011-09-27
  • [Presentation] エピタキシャルCoFe/MgAl2O4/CoFe強磁性トンネル接合の高TMR化と低抵抗化2011

    • Author(s)
      介川裕章, 新関智彦, 三谷誠司, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博
    • Organizer
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県)
    • Year and Date
      2011-09-27
  • [Presentation] MgAl2O4スピネル型バリアを用いた格子整合強磁性トンネル接合の開発2011

    • Author(s)
      介川裕章
    • Organizer
      日本磁気学会,第36回スピンエレクトロニクス専門研究会
    • Place of Presentation
      中央大学駿河台記念館(東京都)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-08-22
  • [Presentation] Coherent tunneling effect in a MgAl2O4 spinel based magnetic tunnel junction2011

    • Author(s)
      H.Sukegawa, H.Xiu, T.Ohkubo, T.Niizeki, S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
    • Organizer
      5th International Workshop on Spin Currents
    • Place of Presentation
      仙台国際センター(宮城県)
    • Year and Date
      2011-07-25
  • [Presentation] Improvement of tunnel magnetoresistance ratio in fully epitaxial MgAl2Ox based magnetic tunnel junctions2011

    • Author(s)
      H.Sukegawa, H.Xiu, T.Ohkubo, T.Niizeki, S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
    • Organizer
      International Magnetics Conference, INTERMAG 2011
    • Place of Presentation
      Taipei (Taiwan)
    • Year and Date
      2011-04-29
  • [Presentation] Significant enhancement of tunnel magnetoresistance by inserting CoFe to the tunneling barrier interface in Co2FeAl/MgO/Co2FeAl magnetic tunneling junctions2011

    • Author(s)
      Wenhong Wang, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
    • Organizer
      International Magnetics Conference, INTERMAG 2011
    • Place of Presentation
      Taipei (Taiwan)
    • Year and Date
      2011-04-29
  • [Presentation] Current-induced magnetization switching in Heusler alloy-based devices2011

    • Author(s)
      Hiroaki Sukegawa, Shinya Kasai, Takao Furubayashi, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
    • Organizer
      International Magnetics Conference, INTERMAG 2011
    • Place of Presentation
      Taipei (Taiwan)(招待講演)
    • Year and Date
      2011-04-29
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 強磁性トンネル接合体とそれを用いた磁気抵抗効果素子並びにスピントロニクスデバイス2012

    • Inventor(s)
      介川裕章, 三谷誠司, 新関智彦, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博, 白井正文, 三浦良雄, 阿部和多加, 村本慎伍
    • Industrial Property Rights Holder
      独立行政法人物質・材料研究機構
    • Industrial Property Number
      特願2012-039582
    • Filing Date
      2012-02-27

URL: 

Published: 2013-06-26  

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