2015 Fiscal Year Annual Research Report
New developments of ordered alloys for spintronics
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25220910
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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) |
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)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | 磁性材料 / スピントロニクス |
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| 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Fe, Co, Ni系のランダム合金であるが、それでは性能に限界がある。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。その結果、平成27年度では以下の研究成果を得た。
1 高機能化：ホイスラー合金を用いた面垂直通電型巨大磁気抵抗効果（CPP-GMR）の向上と高いスピン注入効率の実現を目標として研究に取り組んだ。昨年度まではCo2MnSi系のL21型フルホイスラー合金を主たる研究対象としてきたが、今年度はC1b型ハーフホイスラー合金への展開を図った。その結果、C1b型NiMnSb/Ag/NiMnSbの積層構造においてCPP-GMRの室温観測に成功した。
2 多機能化：分子線エピタキシー（MBE）法を用いた単原子層積層制御によるL11-CoNiエピタキシャル薄膜の特性評価を行いつつ、FeCo系への展開にも取り組んだ。精密構造解析により規則度や結晶配向を明らかにし、加えて磁化測定および強磁性共鳴測定を行った。その結果、薄膜の構造と磁気異方性や磁気ダンピングの相関について重要な知見が得られた。
3 スピンカロリトロニクスへの展開：様々な規則合金における異常ネルンスト効果の測定を行い、磁気異方性や異常ホール効果などの他の物理量や理論計算との系統的比較から、メカニズムに関する重要な知見を得た。特に、Co/Ni多層膜における熱磁気効果の測定に着手し、多層膜における異常ネルンスト効果に関する実験結果を得ることに成功した。
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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
平成27年度の研究では、C1b型ハーフホイスラー合金を用いて室温でCPP-GMR効果の観測に成功しており、世界に先駆けた成果が得られている。また、L11-CoNiエピタキシャル薄膜における規則度の評価や、CoNi合金における薄膜の構造と磁気異方性や磁気ダンピングの相関なども明らかにしている。さらに、規則合金における異常ネルンスト効果についての幅広い知見が得られており、研究対象を規則合金から多層膜へと拡張もしている。これらは、今年度の研究実施内容が計画を概ね達成するものであることを意味しており、研究は順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
平成27年度の研究遂行により得られた成果をもとに、平成28年度は以下の内容を中心に取り組む。高機能化に関しては、強磁性金属層の特性改良に加え、Ag-Mg非磁性中間層の組成や膜厚などの最適化、さらにはホイスラー強磁性層と格子整合性の良い非磁性ホイスラー合金の適用を図ることにより、CPP-GMRのさらなる向上を目指す。C1b型ホイスラー材料について、NiMnSb以外の物質への展開も計画する。多機能化に関しては、理論的に高い磁気異方性と低い磁気ダンピング定数が予言されている、hcp型CoNiの多層構造を中心に薄膜を作製し、高直異方性と低ダンピングの達成を目指す。異常ネルンスト効果の研究については、主な研究対象をNi/Co多層膜系として系統的な測定を行い、熱磁気効果の理論と実験結果を比較することで機構の解明に迫る。
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[Journal Article] Origin of the spin Seebeck effect in compensated ferrimagnets2016
Author(s)
Stephan Geprags, Andreas Kehlberger, Francesco Della Coletta, Zhiyong Qiu Er-Jia Guo, Tomek Schulz, Christian Mix, Sibylle Meyer, Akashdeep Kamra, Matthias Althammer, Hans Huebl, Gerhard Jakob, Yuichi Ohnuma, Hiroto Adachi, Joseph Barker, Sadamichi Maekawa, Gerrit E.W. Bauer
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Journal Title
NATURE COMMUNICATIONS
Volume: 7
Pages: 10452-1-6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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[Journal Article] Spin Seebeck Power Conversion2015
Author(s)
Adam B. Cahaya, Oleg A. Tretiakov, and G. E. W. Bauer
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Journal Title
IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS
Volume: 51
Pages: 0800414-1-14
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
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