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ホイスラー合金を用いたスピン注入ヘテロ構造の製作とスピン輸送特性の研究

研究課題

研究課題/領域番号 10J00152
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 電子・電気材料工学
研究機関北海道大学

研究代表者

平 智幸  北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 特別研究員(DC2)

研究期間 (年度) 2010 – 2011
研究課題ステータス 完了 (2011年度)
配分額 *注記
1,400千円 (直接経費: 1,400千円)
2011年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
2010年度: 700千円 (直接経費: 700千円)
キーワード強磁性トンネル接合 / ハーフメタル強磁性体 / ホイスラー合金 / エピタキシャルトンネル接合 / スピントロニクス / 不揮発性磁気メモリ / スピン注入
研究概要

本研究は、ハーフメタル特性に由来する高いスピン偏極率を本質的に有するCo系ホイスラー合金とMgOバリアを組み合わせた、半導体への高効率スピン注入ヘテロ構造デバイス基盤技術を構築すると共に、その優れたスピン輸送特性を実証することを目的にしている。前年度までにCo系ホイスラー合金の一つであるCo_2MnSiを電極材料に用いた強磁性トンネル接合(MTJ)に対し、室温で340%、4.2Kで1800%を超える高いトンネル磁気抵抗(TMR)比を実証した。また、次世代のMOSFETのチャネル材料として期待されるGeに着目し、急峻で平坦なヘテロ界面を有する全層エピタキシャル成長のCo_2MnSi/MgO/Geヘテロ構造の作製法を確立した。強磁性体電極を用いた半導体スピントロニクスデバイスで構成される論理回路の機能を能動的に変えるためには、MOSFETのドレインまたはソース上の強磁性電極をMTJに置換した構造において、MTJのスピン偏極電流による磁化反転技術を利用する方法が考えられる。このスピン偏極電流による磁化反転技術を利用するためには、高品質なMTJが必須なため、当該年度では、Ge基板上に高品質なMTJの作製技術の確立を試みた。MgO中間層を介してGe基板上へ作製したCo_<50>Fe_<50>/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJに対して、MgO中間層の膜厚を10nmとしたMTJでMgO基板上に作製したMTJと同程度のTMR比を実証した。また、MgO中間層の膜厚が1nmとスピン注入に好ましいと考えられる厚みのMTJに対して室温で110%(4.2Kで170%)の良好なTMR比を実証した。この高品質なMTJの実現によってMTJからのスピン注入および、スピン偏極電流による磁化書き換えの実証が期待される。

報告書

(2件)
  • 2011 実績報告書
  • 2010 実績報告書
  • 研究成果

    (22件)

すべて 2012 2011 2010

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (18件)

  • [雑誌論文] Epitaxial growth of Heusler alloy Co_2MnSi/MgO heterostructures on Ge(001) substrates2011

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, K.-i.Matsuda, M.Arita, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 98 号: 26

    • DOI

      10.1063/1.3605675

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic dichroism in angle-resolved hard x-ray photoemission from buried layers2011

    • 著者名/発表者名
      X.Kozina, G.H.Fecher, G.Stryganyuk, S.Ouardi, B.Balke, C.Felser, G.Schonhense, E.Ikenaga, T.Sugiyama, N.Kawamura, M.Suzuki, T.Taira, T.Uemura, M.Yamamoto, H.Sukegawa, W.H.Wang, K.Inomata, K.Kobayash
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 84 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevb.84.054449

    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Giant Oscillations in Spin-Dependent Tunneling Resistances as a Function of Barrier Thickness in Fully Epitaxial Magnetic Tunnel Junctions with a MgO Barrier2010

    • 著者名/発表者名
      Takao Marukame
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 81

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetic states of Mn and Co atoms at Co_2MnGe/MgO interfaces seen via soft x-ray magnetic circular dichroism2010

    • 著者名/発表者名
      Daisuke Asakura
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 82

    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Fabrication of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a Heusler alloy Co_2MnSi thin film and a MgO barrier on Ge(001) substrates2012

    • 著者名/発表者名
      李桂芳, 平智幸, Hongxi Liu, 松田健一, 植村哲也, 山本眞史
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Spin-dependent transport characteristics of epitaxial magnetic tunnel junctions of CoFe/MgO/CoFe ultrathin layer/Co_2MnSi2012

    • 著者名/発表者名
      劉宏喜, 本田佑輔, 平智幸, 松田健一, 植村哲也, 三浦良雄, 白井正文, 山本眞史
    • 学会等名
      第59回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      早稲田大学(東京都)
    • 年月日
      2012-03-16
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Tunnel magnetoresistance in fully epitaxial CoFe/MgO/CoFe magnetic tunnel junctions on Ge(001) substrates via a MgO interlayer2012

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, H.-x.Liu, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 学会等名
      第47回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2012-01-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Co_2MnSi/MgO/NbNヘテロ構造を用いたホイスラー合金Co_2MnSiのスピン偏極率評価2012

    • 著者名/発表者名
      篠木崇帆, 松田健一, 平智幸, 植村哲也, 山本眞史
    • 学会等名
      第47回応用物理学会北海道支部学術講演会
    • 発表場所
      北海道大学(札幌市)
    • 年月日
      2012-01-06
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of epitaxial magnetic tunnel junctions with a Co_2MnSi thin film and a MgO barrier on Ge(001) substrates via a MgO interlayer2011

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, H.-x.Liu, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 学会等名
      56th Annual Conf.on Magnetism & Magnetic Materials
    • 発表場所
      The JW Marriott Desert Ridge (USA)
    • 年月日
      2011-11-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Spin-dependent transport properties of fully epitaxial magnetic tunnel junctions of CoFe/MgO/CoFe ultrathin layer/Co_2MnSi2011

    • 著者名/発表者名
      H.-x.Liu, T.Taira, Y.Honda, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto, Y.Miura, M.Shirai
    • 学会等名
      56th Annual Conf.on Magnetism & Magnetic Materials
    • 発表場所
      The JW Marriott Desert Ridge (USA)
    • 年月日
      2011-11-01
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Fabrication of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with CoFe electrodes and a MgO barrier on Ge(001) substrates via a MgO interlayer2011

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, H.-x.Liu, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 学会等名
      2011 Int'l Conf.on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Aichi Industry & Labor Center (Nagoya)
    • 年月日
      2011-09-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Epitaxial growth of Heusler alloy Co_2MnSi thin films on Ge(001) substrates via a MgO interlayer2011

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, K.-i.Matsuda, M.Arita, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 学会等名
      第35回日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      朱鷺メッセ(新潟市)
    • 年月日
      2011-09-27
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Structural and magnetic properties of epitaxially grown Heusler alloy Co_2MnSi/MgO heterostructures on Ge(001) substrates2011

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, K.-i.Matsuda, M.Arita, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 学会等名
      第72回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      山形大学(山形市)
    • 年月日
      2011-08-30
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Epitaxial growth of Heusler alloy Co_2MnSi/MgO heterostructure on Ge(001) substrate2011

    • 著者名/発表者名
      G.-f.Li, T.Taira, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 学会等名
      2011 Int'l Magnetics Conf.(INTERMAG 2011)
    • 発表場所
      Taipei International Convention Center (Taiwan)
    • 年月日
      2011-04-29
    • 関連する報告書
      2011 実績報告書
  • [学会発表] Highly spin-polarized tunneling characteristics at room temperature in magnetic tunnel junctions with a half-metallic Heusler-alloy spin source and a MgO barrier2010

    • 著者名/発表者名
      Hong-xi Liu
    • 学会等名
      55th Annual Conference on Magnetism & Magnetic Materials
    • 発表場所
      Atlanta, GA, USA
    • 年月日
      2010-11-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Giant tunnel magnetoresistance in half-metallic Co_2MnSi-based fully epitaxial magnetic tunnel junctions2010

    • 著者名/発表者名
      Tomoyuki Taira
    • 学会等名
      55th Annual Conference on Magnetism & Magnetic Materials
    • 発表場所
      Atlanta, GA, USA
    • 年月日
      2010-11-15
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Tunnel magnetoresistance characteristics of fully epitaxial Co_2MnAl/MgO/CoFe MTJs with various Mn compositions in Co_2MnAl electrodes2010

    • 著者名/発表者名
      李桂芳
    • 学会等名
      日本金属学会2010年秋期(第147回)大会
    • 発表場所
      北海道札幌市
    • 年月日
      2010-09-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Highly spin-polarized tunneling in Heusler-alloy-based magnetic tunnel junctions with a Co_2MnSi upper electrode and a MgO barrier2010

    • 著者名/発表者名
      Hong-xi Liu
    • 学会等名
      2010 International Conference on Solid State Devices and Materials
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2010-09-24
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] High tunnel magnetoresistance of up to 450% at room temperature in epitaxial magnetic tunnel junctions with a Heusler-alloy spin source and a MgO barrier2010

    • 著者名/発表者名
      Hong-xi Liu
    • 学会等名
      秋季第71回応用物理学学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎県長崎市
    • 年月日
      2010-09-17
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Giant oscillations in spin-dependent tunneling resistances as a function of barrier thickness in fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a MgO barrier2010

    • 著者名/発表者名
      Masafumi Yamamoto
    • 学会等名
      秋季第71回応用物理学学会学術講演会
    • 発表場所
      長崎県長崎市
    • 年月日
      2010-09-14
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] High tunnel magnetoresistance in fully epitaxial Co_<50>Fe_<50>-buffered Co_2MnSi/MgO/Co_2MnSi magnetic tunnel junctions2010

    • 著者名/発表者名
      Hong-xi Liu
    • 学会等名
      第34回 日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      茨城県つくば市
    • 年月日
      2010-09-06
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書
  • [学会発表] Ge基板上へのCo_2MnSi/MgOヘテロ構造のエピタキシャル成長2010

    • 著者名/発表者名
      李桂芳
    • 学会等名
      第58回応用物理学関係連合講演会
    • 発表場所
      神奈川県厚木市
    • 年月日
      2010-03-25
    • 関連する報告書
      2010 実績報告書

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公開日: 2010-12-03   更新日: 2024-03-26  

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