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強磁性トンネル接合（MTJ）の電気抵抗は，トンネル磁気抵抗（TMR）効果によって外部磁場に応じて変化するため，磁気センサ（いわゆるTMRセンサ）に応用できる．TMRセンサは，高感度・低消費電力・微小サイズといった優れた特長を持つことから，自動車産業における各種磁気センサへの応用が期待されている．本研究では，±1 kOe以上の広いダイナミックレンジが必要とされる，バッテリの電流検出に用いる車載用磁気センサへの適用を目指し，面内磁化-自由層と積層反強磁性（SAF）構造を用いた垂直磁化-固定層を有するTMRセンサを世界で初めて開発した（本構造に関連する2件の特許を出願中）．また，その実験結果を，本研究で構築した理論モデルと比較することで，TMRセンサの性能を決めるメカニズムを明らかにした．
本研究で作製したTMRセンサは，そのSAF構造の大きな反転磁場に由来して，±2.5 kOe以上の極めて広い磁場範囲において，線形な磁気抵抗曲線を示した．このダイナミックレンジの大きさは，目標値である±1 kOeを十分に満たし，かつ，これまでに報告されているTMRセンサの中で世界最大である．また，そのセンサ性能を評価したところ，その感度と非線形性はいずれも，自由層の異方性磁界の増大とともに，単調に減少した．この実験結果は，本研究で構築した理論モデルと定量的に良く一致した．したがって，この理論モデルは，所望の性能を示すTMRセンサを設計するための指針として利用できると結論づけられる．これらの研究成果は，SAF構造を用いた垂直磁化-固定層を有するTMRセンサが，広いダイナミックレンジが必要な磁気センサのための，最も有力な構造であることを実証するものである．車載応用以外にも，広いダイナミックレンジを有する磁気センサとして，既存のホール素子などを置き換え，幅広い用途で活躍することが期待できる．
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