マルチフェロイックトンネル接合素子を用いた超高感度磁気センサの創出

• 研究課題/領域番号: 15H03548
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 永沼 博 東北大学, 工学研究科, 助教 (60434023)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 16,900千円 (直接経費: 13,000千円、間接経費: 3,900千円); 2017年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円); 2016年度: 8,320千円 (直接経費: 6,400千円、間接経費: 1,920千円); 2015年度: 6,110千円 (直接経費: 4,700千円、間接経費: 1,410千円)
• キーワード: BiFeO3 / マルチフェロイクス / スピントロニクス / 磁気センサ / トンネル接合 / 電気磁気効果 / 室温 / マルチフェロイックス / 電磁気効果 / 磁気抵抗効果 / 薄膜 / マルチフェロイック / トンネル電気効果 / 超高感度磁気センサ

研究成果の概要

高度に制御された社会を持続的に発展させるためには新しい概念に基づいたエレクトロニクスデバイスの創出が不可欠である。そこで本課題ではマルチフェロイックスの電気磁気効果を利用した新しい高感度磁気センサを実現するために必要な要素技術について研究した。高精度な電子線構造解析から新しいマルチフェロイック相を発見することに成功した。続いて、マルチフェロイック薄膜を用いて外部電界により磁化を制御する電気磁気効果を室温で観測することに成功し、第一原理計算での理論予測を説明することができた。また、外部磁場による自発分極が制御の実験では測定系の低ノイズ化が高感度磁気センサのためには重要であることがわかった。

研究成果

• [雑誌論文] Growth and Electrostatic/chemical Properties of Metal/LaAlO3/SrTiO3 Heterostructures (2018)
  • 著者名/発表者名: Diogo Castro Vaz, Edouard Lesne, Anke Sander, Hiroshi Naganuma, Eric Jacquet, Jacobo Santamaria, Agnès Barthélémy, Manuel Bibes
  • 雑誌名: Journal of Visualized Experiments 巻: 132 号: 132
  • DOI: 10.3791/56951
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tensile stress effect on epitaxial BiFeO3 thin film grown on KTaO3 (2018)
  • 著者名/発表者名: In-Tae Bae, Tomohiro Ichinose, Myung-Geun Han, Yimei Zhu, Shintaro Yasui, and Hiroshi Naganuma
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 8 号: 1 ページ: 1-9
  • DOI: 10.1038/s41598-018-19487-8
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] DC bias reversal behaviour of spin-torque ferromagnetic resonance spectra in CoFeB/MgO/CoFeB perpendicular magnetic tunnel junction (2017)
  • 著者名/発表者名: Tian Yu, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Magnetics 巻: 53 号: 9 ページ: 1-5
  • DOI: 10.1109/tmag.2017.2707081
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Tuning Up or Down the Critical Thickness in LaAlO3/SrTiO3 through In Situ Deposition of Metal Overlayers (2017)
  • 著者名/発表者名: Diogo Castro Vaz, Edouard Lesne, Anke Sander, Hiroshi Naganuma, Eric Jacquet, Jacobo Santamaria, Agnès Barthélémy and Manuel Bibes
  • 雑誌名: Advanced Materials 巻: 15 号: 28
  • DOI: 10.1002/adma.201700486
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Elucidation of crystal and electroic structures within highly strained BiFeO3 by transmission electron microscopy and first-principles simulation (2017)
  • 著者名/発表者名: I.-T. Bae, A. Kovacs, H. J. Zhao, J. Iniguez, S. Yasui, T. Ichinose, H. Naganuma
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 7 号: 1
  • DOI: 10.1038/srep46498
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Noise suppression and sensitivity manipulation of magnetic tunnel junction sensors with soft magnetic Co70.5Fe4.5Si15B10 layer (2017)
  • 著者名/発表者名: L. Huang, Z. H. Yuan, B. S. Tao, C. H. Wan, P. Guo, Q. T. Zhang, L. Yin, J. F. Feng, T. Nakano, Hiroshi Naganuma, H. F. Liu, Y. Yan, and X. F. Han
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 122 号: 11
  • DOI: 10.1063/1.4990478
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Thickness dependence of crystal and electronic structures within heteroepitaxially grown BiFeO3 thin films (2016)
  • 著者名/発表者名: In-Tae Bae, H. Naganuma, T. Ichinose, K. Sato
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW B 巻: 93 号: 6 ページ: 0641151-0641156
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.064115
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 三方位からの透過形電子顕微鏡観察と構造因子計算によるBiFeO3 エピタキシャル薄膜の結晶対称性の決定 (2016)
  • 著者名/発表者名: In Tae Bae, 永沼 博
  • 雑誌名: 日本結晶学会誌 巻: 58 ページ: 1-7
  • NAID: 130005148694
  • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
• [学会発表] Electric Field Induced Magnetization Reversal Using Multiferroic BiFeO3 Epitaxial Thin Films Grown on (001)-SrTiO3 Substrates (2018)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Ichinose, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando
  • 学会等名: 第65 回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Co/BiFeO3 二層膜の断面構造観察 (2018)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博, 一ノ瀬 智浩
  • 学会等名: 強的秩序とその操作に関する第6 回研究会
• [学会発表] 菱面体晶構造を有するBiFeO3 薄膜に起因したX 線回折パターンの検出 (2018)
  • 著者名/発表者名: 一ノ瀬 智浩, 安井 伸太郎, In-Tae Bae, 永沼 博
  • 学会等名: 強的秩序とその操作に関する第6 回研究会
• [学会発表] Fabrication of multiferroic films and their magneto-electric effects (2018)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博
  • 学会等名: Core to core project meeting
  • 国際学会
• [学会発表] スパッタ法により作製したBiFeO3 薄膜のマルチフェロイック特性 (2017)
  • 著者名/発表者名: 一ノ瀬智浩, 永沼博, 大兼幹彦, 安藤康夫
  • 学会等名: 強的秩序とその操作に関する研究グループ 第5 回研究会
• [学会発表] 高精度電子線回折によるKTaO3 上のBiFeO3 エピタキシャル膜の構造 (2017)
  • 著者名/発表者名: I.-T. Bae, 一ノ瀬智浩, 安井伸太郎, 永沼博
  • 学会等名: 強的秩序とその操作に関する研究グループ 第5 回研究会
• [学会発表] R.F.マグネトロンスパッタ法を用いたマルチフェロイックBiFeO3 薄膜の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 一ノ瀬智浩, 永沼博, 大兼幹彦, 安藤康夫
  • 学会等名: 的秩序とその操作に関する研究グループ 第4 回研究会
• [学会発表] Elucidation of crystal and electronic structures of highly-strained BiFeO3 thin film grown on LaAlO3 (2017)
  • 著者名/発表者名: In-Tae Bae, András Kovács, Hong Jian Zhao, Jorge Íñiguez, Shintaro Yasui, Tomohiro Ichinose, Hiroshi Naganuma
  • 学会等名: 強的秩序とその操作に関する研究グループ 第4 回研究会
• [学会発表] マルチフェロイック接合の強的秩序とその操作に関わる研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 永沼 博
  • 学会等名: スピニクス研究会
  • 発表場所: 東北大学電気通信研究所（セミナ室（M431））
  • 年月日: 2015-07-17
  • 招待講演
• [学会発表] Huge Resistive Change in Tunnel Junctions Using the Multiferoic (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ichinose, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando
  • 学会等名: International Conference on Magnetism
  • 発表場所: バルセロナ、スペイン
  • 年月日: 2015-07-07
  • 国際学会