| 研究課題/領域番号 |
21H01750
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分28020:ナノ構造物理関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人物質・材料研究機構 |
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研究代表者 |
介川 裕章 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, グループリーダー (30462518)
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| 研究分担者 |
三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, グループリーダー (10361198)
柳原 英人 筑波大学, 数理物質系, 教授 (50302386)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)
2023年度: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)
2022年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2021年度: 8,580千円 (直接経費: 6,600千円、間接経費: 1,980千円)
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| キーワード | スピントロニクス / 強磁性トンネル接合 / トンネル磁気抵抗効果 / エピタキシャル成長 / 磁性薄膜 / 磁気抵抗効果 / スピントロニクス素子 / スピネル / 磁気抵抗素子 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
スピントロニクス技術を用いた不揮発ストレージクラスメモリやニューロモルフィック素子応用の実現には磁気トンネル接合の室温トンネル磁気抵抗比（TMR比）の大きな向上が不可欠である。磁性層とバリア層間に形成される特異な界面状態を精密制御し、その界面状態間において高いバリスティック性を保ったスピン輸送「バリスティックスピン伝導」を実現できればTMR巨大化が期待される。このためスピネルバリア技術を活用した結晶配向制御の高度化と新材質界面開発によってバリア界面状態を最適化し室温1,000%超TMR比達成を狙う。本研究の推進によってTMR現象の再解釈による新たな学術的知見の提供も期待できる。
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| 研究成果の概要 |
単結晶薄膜の技術を駆使することで、強磁性トンネル接合（MTJ）におけるトンネル磁気抵抗比（TMR比）の大きな増大を実現した。(001)方位に成長させたCoFe/MgO/CoFe構造のMTJ積層に注目し、MgO界面へのナノ挿入層の導入や追加酸化プロセスの導入等による界面エンジニアリング技術の開拓に伴いTMR比の増大が観察され、最終的に室温TMR比の最高記録となる631%の値が得られた。これは界面電子状態の改善によってバリスティック伝導が顕著化し、非常に高いトンネルスピン分極率が実現されたためである。本成果は将来のスピントロニクスデバイスの大幅な性能向上の可能性を示すものである。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
室温におけるTMR比の増大は磁気センサーや磁気メモリ（MRAM）を含む幅広いスピントロニクス応用にとって重要な課題である。しかし長い間TMR比の増大は停滞しており、短期間での増大は見込めない状態にあった。本課題では、MTJのバリア層の界面に着目した開発を行ったことで、15年ぶりに室温TMR比の最高値を更新しMTJの高出力化の筋道を示した。これによって、スピントロニクス素子の電気出力の大幅な増大による近い将来のセンサー感度向上やメモリ素子の高密度化・高速動作につながることが期待できる。
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