2014 Fiscal Year Annual Research Report
三端子スピン素子創出のための半金属ハーフメタル新材料の探求
| Project/Area Number |
25600070
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
水上 成美 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (00339269)
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| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | ハーフメタル / 半金属 / ホイスラー合金 / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、半金属ハーフメタル材料の実現を第一の目的とする．さらに，本材料をベース電極に用いたゲート電極を有するプレーナ三端子素子を作製し，ゲート電圧印加によるスピン輸送特性のチュー二ングを実現することを第二の目的とする．計画最終年度は、当初の計画に従い、次の事項について検討した。
①Mn-Co-Ga薄膜の作製と半金属性の評価 半金属ハーフメタルを示す可能性があるMn-Co-Ga薄膜の輸送特性を調べた。Mn3GaのMnをCoで置換していくと垂直磁化から面内磁化に変化し、Mn2CoGaの組成で半金属的な電子状態となることが理論的に予想される。MnをCoで置換していくと中間の組成で異常ホール効果の符号が変化し、Mn2CoGaの組成の付近で再び符号が変化する、複雑な依存性を示すことがわかった。しかし、半金属性から期待される大きなホール係数は観測されなかった。
②Mn-Co-Ga薄膜のスピン分極度ならびに電子状態の解明 Mn-Co-Ga薄膜を電極に有するトンネル接合を作製し、組成の温度依存性への影響を系統的に調べた。Mn3Ga接合のTMRは温度とともに単調に増大するが、Mn2CoGaの組成に近いMn-Co-Ga接合は、接合抵抗が約1桁大きく、また低温でTMRが急激に上昇する傾向があり、最大32%まで観測された。この変化は、Mn-Ga系のTMRとは傾向が明らかに異なり、TMR比は小さいものの、Co2MnSiのようなハーフメタルホイスラーの温度依存性に近いと考えられる。
薄膜結晶の規則化が十分ではないこと、また結晶性がまだよくないことが原因で、期待した半金属ハーフメタル性がまだ現れていないものと考えられる。原因の一つは、薄膜結晶成長が予想以上に難しいためである。計画の三端子素子の形成まではまだ実施できていないものの、材料の可能性を顕在化させつつある段階にあり、研究を継続している。
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[Journal Article] Direct measurement of the magnetic anisotropy field in Mn-Ga and Mn-Co-Ga Heusler films2015
Author(s)
C. Fowley, S. Ouardi, T. Kubota, O. Yildirim, A. Neudert, K. Lenz, V. Sluka, J. Lindner, L. J. M., S. Mizukami, G. H. Fecher, C. Felser, and A. M. Deac
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Journal Title
J. Phys. D. Appl. Phys.
Volume: 48
Pages: 164006.1-6
DOI
Peer Reviewed
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