2013 Fiscal Year Annual Research Report
完全格子整合２重トンネル接合におけるスピン依存共鳴トンネル効果と新機能創成
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23246006
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
三谷 誠司 独立行政法人物質・材料研究機構, 磁性材料ユニット, グループリーダー (20250813)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
葛西 伸哉 独立行政法人物質・材料研究機構, 磁性材料ユニット, 主任研究員 (20378855)
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)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 格子整合 / ２重トンネル接合 / トンネル磁気抵抗効果 / 共鳴トンネル効果 / スピントロニクス素子 |
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| Research Abstract |
強磁性２重トンネル接合におけるスピン依存共鳴トンネル効果は、新規高集積度磁気メモリのためのダイオード特性と巨大な磁気抵抗効果を兼ね備えることに加え、共鳴状態におけるスピン注入などの未開拓の物理現象・機能特性の研究を可能にする。しかし、これまで強磁性金属を用いた高品位２重トンネル接合の作製の報告はほとんどなく、理論予測や素子応用上の期待に反して、スピン依存共鳴トンネル効果の実験研究は進展していない。
本研究は、この状況にブレークスルーをもたらすために、格子ミスマッチがほとんどないスピネルバリアとホイスラー合金電極を利用することなどにより、平坦性と結晶性において格段に優れる２重トンネル接合を作製し、その特性評価と機能発現機構の解明を行う。
本年度はMgOを用いても格子整合性が得られやすい極薄（５原子層程度）のFe層を用いた実験や、MgAl2O4スピネルバリアとCo2FeAlホイスラー合金の組合せを用いた実験などを進め、種々の結果を得た。特筆すべき成果は、Cr/Fe/MgOという積層の擬２重トンネル接合において見出した巨大な界面垂直磁気異方性について詳細な研究結果を得た他、共鳴トンネル効果を示す垂直磁化強磁性トンネル接合において90%を越える室温トンネル磁気抵抗効果を実現したことである。垂直磁化系での共鳴トンネル効果の観測は初めてのものであり、垂直磁気異方性（スピンー軌道結合）が共鳴トンネル効果に及ぼす影響を調べていく上での重要なマイルストーンとなる。垂直磁気異方性エネルギーとトンネル磁気抵抗効果の大きさの相関についても一定の知見が得られた。
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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
ダイオード効果の実証についてはあまり進んでいないが、一方で巨大な界面垂直磁気異方性という新機能の創製に成功している。垂直磁気異方性を示すトンネル接合において初めて共鳴トンネル効果を観測し、同時に室温９０％以上の大きなトンネル磁気抵抗効果を実現しており、概ね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピネルバリアとホイスラー合金の組合せのみならず、積層構造の最適化により、格子整合性のよいトンネル接合が作製できる場合が実験的に認められており、材料系については特定の系に制限する必要はないと思われる。また、片方のポテンシャルバリアを金属ヘテロ界面で置換えた擬２重トンネル接合についても有効性が確認できたため、そのウェイトを大きくする。
最終年度には成果を取りまとめるため、成長に関する研究よりも、新規特性・機能性の発現を重視して研究を進める。
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Research Products
(8 results)
