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2014 Fiscal Year Annual Research Report

規則合金スピントロニクス材料の新展開

Research Project

Project/Area Number 25220910
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

高梨 弘毅  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) BAUER Gerrit  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10620213)
白井 正文  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)
Project Period (FY) 2013-05-31 – 2018-03-31
Keywords磁性材料 / スピンエレクトロニクス
Outline of Annual Research Achievements

次世代の情報通信技術を担う新しいエレクトロニクスとしてスピントロニクスが注目されている。スピントロニクスで使用されている磁性材料は、主としてランダム合金であるため性能に限界がある。我々は規則合金に着目し、高スピン分極材料としてL21型ホイスラー合金、高磁気異方性材料としてL10型規則合金を用いて、スピントロニクス機能の探求を行ってきた。本研究ではこれまでの実績を踏まえ、より一層の高機能化、多機能化を目指して、C1b型ホイスラー合金およびL11型規則合金に着目し、新たな材料展開を図る。さらに、熱磁気効果を融合させたスピンカロリトロニクスにも着目し、機能性探求の新展開として、規則合金を用いた高いスピンカロリトロニクス機能の創出を目指す。本年度は、ホイスラー合金を用いたCPP-GMRの向上と高いスピン注入効率の実現のため、Co系5元ホイスラー合金薄膜作製の条件探索を行った結果、エピタキシャル薄膜の作製に成功した。また、Co2Fe0.5Mn0.5Al0.5Si0.5の組成において、ハーフメタル性を示唆する負の異方性磁気抵抗効果が得られることを明らかにした。続いて、高いスピン分極率と低い磁気ダンピング定数を有する多機能合金の開発のため、Co/Ni(111)人工格子の作製を行った。下地層の最適化を行うことにより、エピタキシャル成長したCo/Ni人工格子の作製に成功した。面内の配向制御を行っていないテクスチャーのCo/Ni薄膜と比較して、エピタキシャル成長させることにより磁気異方性が向上し、ダンピング定数が低下した。1原子層ずつ交互に積層したCo/Ni人工格子においても垂直磁気異方性が得られ、[111]に積層した規則合金の形成が示唆された。さらに、様々な規則合金薄膜の異常ネルンスト効果の測定を行った結果、ネルンスト効果の大きさは、おおむね磁気異方性と正の相関を示すことが分かった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

Co/Ni多層膜などのL11型規則合金の作製のための条件探索とその理論設計や、大きな異常ネルンスト効果を得るための様々な規則合金における異常ネルンスト効果の系統的な特性評価などがほぼ計画通りに進んでいる。また、ホイスラー合金を用いたCPP-GMRの向上と高いスピン注入効率の実現のため、5元系高性能ホイスラー合金薄膜の作製に関する条件探索も進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。

Strategy for Future Research Activity

今後は、CPP-GMRの向上と高いスピン注入効率の実現のため、対象をC1b型ホイスラー合金にも拡張し、NiMnSbやCoMnSbなどの物質の作製も行う。Co/Ni(111)人工格子については、第一原理計算より明らかになった、規則度や格子歪みが磁気異方性に与える影響やL11構造の安定性について実験結果との比較検討を行い、1,000,000 J/m3を超える磁気異方性と0.01以下のダンピング定数という目標値の実現を目指す。また、対象をFe/Co(111)人工格子にも拡張し、L11系合金薄膜の総合的な特性評価を行う。さらに、これらの薄膜について、異常ネルンスト効果を系統的に調べ、熱磁気効果の理論と実験結果とを比較することで機構の解明に迫る。

  • Research Products

    (22 results)

All 2015 2014 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results,  Acknowledgement Compliant: 5 results) Presentation (16 results) (of which Invited: 6 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Interface magnetic anisotropy for monatomic layer-controlled Co/Ni epitaxial multilayers2015

    • Author(s)
      A. Shioda, T. Seki, J. Shimada, and K. Takanashi
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 117 Pages: 17C726-1-4

    • DOI

      10.1063/1.4915106

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Addition of Co to L10-ordered FeNi films: influences on magnetic properties and ordered structures2014

    • Author(s)
      T. Kojima, M. Mizuguchi, T. Koganezawa, M. Ogiwara, M. Kotsugi, T. Ohtsuki, T. Y. Tashiro, and K. Takanashi
    • Journal Title

      Journal of Physics D: Applied Physics

      Volume: 47 Pages: 425001-1-9

    • DOI

      10.1088/0022-3727/47/42/425001

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Observation of the spin Peltier effect2014

    • Author(s)
      J. Flipse, F. K. Dejene, D. Wagenaar, G. E. W. Bauer, J. Ben Youssef, B. J. van Wees
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 113 Pages: 027601-1-5

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.113.027601

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Acoustic parametric pumping of spin waves2014

    • Author(s)
      H. Keshtgar, M. Zareyan, and G. E.W. Bauer
    • Journal Title

      Solid State Communications

      Volume: 198 Pages: 30-34

    • DOI

      10.1016/j.ssc.2013.12.026

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] 異常ネルンスト効果を利用した熱電発電2014

    • Author(s)
      桜庭裕弥、高梨弘毅
    • Journal Title

      パリティ

      Volume: 29 Pages: 46-50

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Presentation] Ni/Co(111)人工格子の磁気特性とダンピング定数2015

    • Author(s)
      塩田明弘、島田淳平、関剛斎、飯浜賢志、水上成美、辻川雅人、白井正文、高梨弘毅
    • Organizer
      日本金属学会2015年春期講演大会
    • Place of Presentation
      東京大学 (東京都目黒区)
    • Year and Date
      2015-03-19 – 2015-03-19
  • [Presentation] Composition dependence of anomalous Nernst effect in MnxGa1-x epitaxial thin films2015

    • Author(s)
      井上政己、水口将輝、水上成美、高梨弘毅
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学 (神奈川県平塚市)
    • Year and Date
      2015-03-12 – 2015-03-12
  • [Presentation] Spin-caloritronics in ordered-alloy thin films with perpendicular magnetic anisotropy2015

    • Author(s)
      M. Mizuguchi and K. Takanashi
    • Organizer
      2015 Conference on Magnetism and Its Applications
    • Place of Presentation
      Shanghai, China
    • Year and Date
      2015-02-01 – 2015-02-01
    • Invited
  • [Presentation] Advanced Materials for Spintronics Based on Ordered Alloys2015

    • Author(s)
      K. Takanashi
    • Organizer
      Indo Japan Workshop on Magnetism at Nanoscale
    • Place of Presentation
      Bhubaneswar, India
    • Year and Date
      2015-01-11 – 2015-01-11
    • Invited
  • [Presentation] Spin caloritronics in ordered alloy systems2014

    • Author(s)
      K. Takanashi
    • Organizer
      EMN FALL 2014
    • Place of Presentation
      Orland, USA
    • Year and Date
      2014-11-22 – 2014-11-22
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic Properties for Monatomic Layer-Controlled Co/Ni Epitaxial Superlattices2014

    • Author(s)
      A. Shioda, J. Shimada, T. Seki, and K. Takanashi
    • Organizer
      59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2014-11-07 – 2014-11-07
  • [Presentation] Size dependence of Peltier Cooling Effect in Heusler Compound Co2MnSi / NM (NM = Au, Cu, Cr) Current Perpendicular to Plane Nano Pillar Junctions.2014

    • Author(s)
      S. Bosu, T. Kubota, K. Takanashi
    • Organizer
      59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2014-11-06 – 2014-11-06
  • [Presentation] Investigation of the exchange stiffness at Co2MnSi/Ag and Co2FeSi/Ag interfaces using the depth-resolved x-ray magnetic circular dichroism.2014

    • Author(s)
      H. Yako, T. Kubota, K. Takanashi
    • Organizer
      59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Honolulu, USA
    • Year and Date
      2014-11-06 – 2014-11-06
  • [Presentation] Anomalous Nernst and Hall effects in Mn-Ga-Co epitaxial thin film2014

    • Author(s)
      井上政己、水口将輝、杉山知子、窪田崇秀、高梨弘毅
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学 (北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2014-09-17
  • [Presentation] L10-FeNi規則合金への軽元素添加効果の第一原理計算2014

    • Author(s)
      辻川雅人、三浦良雄、白井正文
    • Organizer
      第38回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      慶応大学 (神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-09-05 – 2014-09-05
  • [Presentation] Advanced spintronic materials based on ordered alloys2014

    • Author(s)
      K. Takanashi
    • Organizer
      19th International Conference on Ternary and Multinary Compounds
    • Place of Presentation
      新潟コンベンションセンター (新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2014-09-04 – 2014-09-04
    • Invited
  • [Presentation] Co2(Fe, Mn)(Si, Al)ホイスラー合金の磁気抵抗効果2014

    • Author(s)
      矢子ひとみ、窪田崇秀、高梨弘毅
    • Organizer
      第38回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      慶応大学 (神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-09-04 – 2014-09-04
  • [Presentation] 原子層積層制御したNi / Co人工格子の磁気特性2014

    • Author(s)
      塩田明弘、島田淳平、関剛斎、高梨弘毅
    • Organizer
      第38回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      慶応大学 (神奈川県横浜市)
    • Year and Date
      2014-09-03 – 2014-09-03
  • [Presentation] Anomalous Nernst effects in ferromagnetic metallic thin films and their thermoelectric application2014

    • Author(s)
      M. Mizuguchi, Y. Sakuraba, K. Hasegawa, and K. Takanashi
    • Organizer
      The 6th IEEE International Nanoelectronics Conference
    • Place of Presentation
      北海道大学 (北海道札幌市)
    • Year and Date
      2014-07-29 – 2014-07-29
    • Invited
  • [Presentation] Onsager Reciprocity in Spin Caloritronics2014

    • Author(s)
      G.E.W. Bauer
    • Organizer
      8th International Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids (PASPS VIII)
    • Place of Presentation
      Washington, D.C., USA
    • Year and Date
      2014-07-29 – 2014-07-29
    • Invited
  • [Presentation] Material dependence of anomalous Nernst effects in perpendicularly magnetized epitaxial thin films2014

    • Author(s)
      M. Mizuguchi, K. Hasegawa, Y. Sakuraba, T. Kamada, T. Kubota, S. Mizukami, T. Miyazaki, M. Inoue, T. Sugiyama, and K. Takanashi
    • Organizer
      IEEE International Magnetics Conference: Intermag 2014
    • Place of Presentation
      Dresden, Germany
    • Year and Date
      2014-05-05 – 2014-05-05
  • [Remarks] 高梨研究室ホームページ

    • URL

      http://magmatelab.imr.tohoku.ac.jp/kiban_S.html

URL: 

Published: 2016-06-01  

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