スピネル型単結晶トンネルバリアを有する新規強磁性トンネル接合の開拓

• 研究課題/領域番号: 22686066
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 構造・機能材料
• 研究機関: 独立行政法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 介川 裕章 独立行政法人物質・材料研究機構, 磁性材料ユニット, 研究員 (30462518)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 20,540千円 (直接経費: 15,800千円、間接経費: 4,740千円); 2012年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2011年度: 3,640千円 (直接経費: 2,800千円、間接経費: 840千円); 2010年度: 13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)
• キーワード: スピントロニクス / トンネルバリア / TMR効果 / スピネル / 磁性薄膜 / MgAl204 / 強磁性トンネル接合

研究概要

結晶性MgAl2O4バリアを用いたトンネル磁気抵抗(TMR)素子の開発に成功し,接合界面に欠陥を含まない格子整合界面の実現およびコヒーレントトンネル効果によるTMR比増大効果を実証した。さらに,MgAl2O4のスピネル構造の陽イオン位置を不規則化させたMgAl2O4を用いることでTMR比が飛躍的に増大することを明らかにし,この効果によって室温で300%以上の巨大なTMR比を達成した。これによってMgAl2O4のスピントロニクス材料としての有望性が明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Enhanced tunnel magnetoresistance in a spinel oxide barrier with cation site disorder (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa, Y. Miura, S. Muramoto, S. Mitani, T. Niizeki, T. Ohkubo, K. Abe, M. Shirai, K. Inomata, K. Hono
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 86巻 号: 18
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.184401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-transfer switching in full-Heusler Co2FeAl-based magnetic tunnel junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: H.Sukegawa, Z. C. Wen, K.Kondou, S. Kasai, S. Mitani, and K. Inomata
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 100巻 号: 18
  • DOI: 10.1063/1.4710521
  • 査読あり
• [雑誌論文] Signature of Coherent Transport in Epitaxial Spinel-basedMagnetic Tunnel Junctions Probed by Shot Noise Measurement (2012)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Kensaku Chida, Yoshitaka Nishihara, Daichi Chiba, Kensuke Kobayashi, Teruo Ono, Hiroaki Sukegawa, Shinya Kasai, Seiji Mitani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 5 号: 5 ページ: 53003-53003
  • DOI: 10.1143/apex.5.053003
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Polarimetry and Magnetic Dichroism on a Buried Magnetic Layer Using Hard X-ray Photoelectron Spectroscopy (2012)
  • 著者名/発表者名: G.Stryganyuk, X.Kozina, G.H.Fecher, S.Ouardi, S.Chadov, C.Felser, G.Schonhense, P.Lushchyk, A.Oelsner, P.Bernhard, E.Ikenaga, T.Sugiyama, H.Sukegawa, Z.C.Wen, K.Inomata, K.Kobayashi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 1R ページ: 016602-016602
  • DOI: 10.1143/jjap.51.016602
  • NAID: 210000140034
  • 査読あり
• [雑誌論文] 59Co NMR experiment as a probe of electron doping in Co2FeAl1-xSix Heusler alloys (2012)
  • 著者名/発表者名: M.Wojcik, E.Jedryka, H.Sukegawa, T.Nakatani, K.Inomata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 85 号: 10
  • DOI: 10.1103/physrevb.85.100401
  • 査読あり
• [雑誌論文] エピタキシャル Ｆｅ／ＭｇＡｌ２Ｏ４／Ｆｅ（００１）強磁性トンネル接合における結晶性と伝導特性 (2011)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa, H. Xiu, T. Ohkubo, T. Niizeki, S. Kasai, T. Furubayashi S. Mitani, K. Inomata, and K. Hono
  • 雑誌名: Journal of the Magnetics Society of Japan 巻: 35 号: 3 ページ: 254-259
  • DOI: 10.3379/msjmag.1104R011
  • NAID: 130000677008
  • ISSN: 1882-2924, 1882-2932
  • 査読あり
• [雑誌論文] Current induced alignment of bi-quadratic interlayer exchange coupled magnetic layers in Heusler based magnetoresistive pillars (2011)
  • 著者名/発表者名: H.S.Goripati, M.Hayashi, T.Furubayashi, T.Taniguchi, H.Sukegawa, Y.K.Takahashi, K.Hono
  • 雑誌名: J.Appl.Phys 巻: 110 号: 12
  • DOI: 10.1063/1.3671634
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perpendicular magnetization of Co2FeAl full-Heusler alloy films induced by MgO interface (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhenchao Wen, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.3600645
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunnel magnetoresistance in textured Co2FeAl/MgO/CoFe magnetic tunnel junctions on a Si/SiO2 amorphous substrate (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhenchao Wen, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 98 号: 19
  • DOI: 10.1063/1.3587640
  • 査読あり
• [雑誌論文] Crystallinity and Transport Properties in Fe/MgAl_2O_4/Fe(001) Epitaxial Magnetic Tunnel Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Sukegawa, H.Xiu, T.Ohkubo, T.Niizeki, S.Kasai, T.Furubayashi S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
  • 雑誌名: Journal of The Magnetics Society of Japan 巻: (In-press)
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of annealing on Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> thin films : A magneto-optical and x-ray absorption study (2011)
  • 著者名/発表者名: Simon Trude, Georg Wolf, Jaroslav Hamrle, Burkard Hillebrands, Peter Klaer, Michael Kallmayer, Hans-Joachim Elmers, Hiroaki Sukegawa, Wenhong Wan, Koichiro Inomata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of tunneling magnetoresistance in epitaxial magnetic tunnel junctions using a Co_2FeAl Heusler alloy electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: Wenhong Wang, Hiroaki Sukegawa, Koichiro Inomata
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Perpendicular Magnetic Anisotropy of Co_2FeAl/Pt Multilayers for Spintronic Devices (2010)
  • 著者名/発表者名: Wenhong Wang, Hiroaki Sukegawa, Koichiro Inomata
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 3
  • NAID: 10026690456
  • 査読あり
• [雑誌論文] Temperature dependence of x-ray absorption spectra in the ferromagnetic Heusler alloys Mn_2VAl and Co_2FeAl (2010)
  • 著者名/発表者名: P.Klaer, E.Arbelo Jorge, M.Jourdan, W.H.Wang, H.Sukegawa, K.Inomata, H.J.Elmers
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 82
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structure and transport properties of current-perpendicular-to-plane spin valves using Co_2FeAl_<0.5>Si_<0.5> and Co_2MnSi Heusler alloy electrodes (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Furubayashi, K.Kodama, T.M.Nakatani, H.Sukegawa, Y.K.Takahashi, K.Inomata, K.Hono
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 107
  • 査読あり
• [学会発表] Giant tunnel magnetoresistance and coherent tunneling effect in epitaxial MgAl2O4-based tunnel junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: International Symposium On Computational Science 2013
  • 発表場所: 金沢大学,金沢市
• [学会発表] Epitaxial magnetic tunnel junctions with a nomocrystalline Al2O3 barrier (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: The 12th Joint MMM/Intermag Conference
  • 発表場所: Chicago, USA
• [学会発表] Giant tunnel magnetoresistance and coherent tunneling effect in epitaxial MgAl2O4-based tunnel junctions (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: International Symposium On Computational Science 2013
  • 発表場所: Kanazawa University, Kanazawa, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] フルホイスラー合金Co2FeAl層を有する強磁性トンネル接合におけるスピン注入磁化反転 (2012)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, Z.C.Wen, 近藤浩太, 葛西伸哉, 三谷誠司, 猪俣浩一郎
  • 学会等名: 2012年春季第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: 2012-03-17
• [学会発表] 準安定立方晶Al2O3を用いたエピタキシャル強磁性トンネル接合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章
  • 学会等名: 2012年春季 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
  • 年月日: 2012-03-15
• [学会発表] 準安定立方晶Al2O3を用いたエピタキシャル強磁性トンネル接合 (2012)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, 三谷誠司, 新関智彦, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 学会等名: 2012年春季第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: 2012-03-15
• [学会発表] Enhanced tunnel magnetoresistance in magnetic tunnel junctionswith a cubic Mg-Al-O barrier (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: International Conference of AUMS (ICAUMS2012)
  • 発表場所: 奈良市
• [学会発表] CoFe/Mg-Al-Ox/CoFe接合のトンネル磁気抵抗効果とスピン注入磁化反転 (2012)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章
  • 学会等名: 2012年 秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学・松山大学,松山市
• [学会発表] Enhanced tunnel magnetoresistance in magnetic tunnel junctions with an epitaxial Mg-Al-O barrier (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012)
  • 発表場所: Busan, Korea
• [学会発表] Enhanced tunnel magnetoresistance in magnetic tunnel junctionswith a cubic Mg-Al-O barrier (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa, S. Mitani, T. Ohkubo, K. Inomata, K. Hono
  • 学会等名: International Conference of AUMS (ICAUMS2012)
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] スピネル系トンネルバリアの相変化 (2012)
  • 著者名/発表者名: 三谷誠司, 具正祐, 介川裕章
  • 学会等名: 2012年 秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学/松山大学、愛媛県松山市
• [学会発表] CoFe/Mg-Al-Ox/CoFe接合のトンネル磁気抵抗効果とスピン注入磁化反転 (2012)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, 三谷誠司, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 学会等名: 2012年 秋季 第73回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛媛大学/松山大学、愛媛県松山市
• [学会発表] Enhanced tunnel magnetoresistance in magnetic tunnel junctions with an epitaxial Mg-Al-O barrier (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa, S. Mitani, T. Niizeki, T. Ohkubo, K. Inomata, K. Hono
  • 学会等名: The 19th International Conference on Magnetism (ICM2012)
  • 発表場所: Bexco, Busan, Korea
• [学会発表] In situ characterization of growth and crystalline process of spinel MgAl2O4 tunnel barriers on Fe(100) (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Mitani, H. Sukegawa, J. Koo
  • 学会等名: Intermag 2012
  • 発表場所: Vancouver, Canada
• [学会発表] Current-induced magnetization switching in epitaxial full-Heusler Co2FeAl-based magnetic tunnel junctions (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa, W. Zhen Chao, K. Kondou, S. Kasai, S. Mitani, K. Inomata
  • 学会等名: Intermag 2012
  • 発表場所: Vancouver, Canada
• [学会発表] Perpendicular magnetization of Co2FeAl full-Heusler alloy thin films induced by MgO interface (2011)
  • 著者名/発表者名: Zhenchao Wen, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
  • 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)
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] エピタキシャルCoFe/MgAl2O4/CoFe強磁性トンネル接合の高TMR化と低抵抗化 (2011)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, 新関智彦, 三谷誠司, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 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(新潟県)
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] MgAl2O4スピネル型バリアを用いた格子整合強磁性トンネル接合の開発 (2011)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章
  • 学会等名: 日本磁気学会,第36回スピンエレクトロニクス専門研究会
  • 発表場所: 中央大学駿河台記念館(東京都)(招待講演)
  • 年月日: 2011-08-22
• [学会発表] Coherent tunneling effect in a MgAl2O4 spinel based magnetic tunnel junction (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Sukegawa, H.Xiu, T.Ohkubo, T.Niizeki, S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
  • 学会等名: 5th International Workshop on Spin Currents
  • 発表場所: 仙台国際センター(宮城県)
  • 年月日: 2011-07-25
• [学会発表] Improvement of tunnel magnetoresistance ratio in fully epitaxial MgAl2Ox based magnetic tunnel junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Sukegawa, H.Xiu, T.Ohkubo, T.Niizeki, S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
  • 学会等名: International Magnetics Conference, INTERMAG 2011
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2011-04-29
• [学会発表] Significant enhancement of tunnel magnetoresistance by inserting CoFe to the tunneling barrier interface in Co2FeAl/MgO/Co2FeAl magnetic tunneling junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: Wenhong Wang, Hiroaki Sukegawa, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
  • 学会等名: International Magnetics Conference, INTERMAG 2011
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)
  • 年月日: 2011-04-29
• [学会発表] Current-induced magnetization switching in Heusler alloy-based devices (2011)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sukegawa, Shinya Kasai, Takao Furubayashi, Seiji Mitani, Koichiro Inomata
  • 学会等名: International Magnetics Conference, INTERMAG 2011
  • 発表場所: Taipei (Taiwan)(招待講演)
  • 年月日: 2011-04-29
• [学会発表] エピタキシャルMg-Al-Oxバリア層を用いた強磁性トンネル接合における大きなトンネル磁気抵抗効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, Huixin Xiu, 大久保忠勝, 新関智彦, 葛西伸哉, 古林孝夫, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 学会等名: 2011年春季 第58回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学(招待講演 東日本大震災により未開催)
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] エピタキシャルMg-Al-Oxバリア層を用いた強磁性トンネル接合における大きなトンネル磁気抵抗効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章
  • 学会等名: 2011年春季 第58回 応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学,厚木市
  • 年月日: 2011-03-02
• [学会発表] Improvement of bias voltage dependence in lattice-matched MgAl2O4-based magnetic tunnel junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: ICAUMS2010 (International Conference of AUMS)
  • 発表場所: Jeju Island, Korea
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Improvement of bias voltage dependence in lattice-matched MgAl_2O_4-based magnetic tunnel junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sukegawa, Huixin Xiu, Tadakatsu Ohkubo, Takao Furubayashi, Tomohiko Niizeki, Wenhong Wang, Shinya Kasai, Seiji Mitani, Koichiro Inomata, Kazuhiro Hono
  • 学会等名: ICAUMS2010 (International Conference of AUMS)
  • 発表場所: Lotte Hotel Jeju, Seogwipo, Jeju Island, Korea(招待講演)
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] Bias voltage dependence of tunnel magnetoresistance for fully-epitaxial Fe/spinel MgAl2O4/Fe junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: H. Sukegawa
  • 学会等名: 55th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Atlanta, USA
• [学会発表] Bias voltage dependence of tunnel magnetoresistance for fully-epitaxial Fe/spinel MgAl_2O_4/Fe junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: Hiroaki Sukegawa, Huixin Xiu, Tadakatsu Ohkubo, Takao Furubayashi, Tomohiko Niizeki, Wenhong Wang, Shinya Kasai, Seiji Mitani, Koichiro Inomata, Kazuhiro Hono
  • 学会等名: 55th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Atlanta, USA
• [学会発表] エピタキシャルFe/MgAl_2O_4スピネル/Fe強磁性トンネル接合の作製 (2010)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, Huixin Xiu, 大久保忠勝, 新関智彦, 葛西伸哉, 古林孝夫, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 学会等名: 日本金属学会2010年秋期
  • 発表場所: 北海道大学,札幌
• [学会発表] スピネルMgAl_2O_4バリアを用いた格子整合強磁性トンネル接合～マグナリウム(Mg-Al合金)層による作製方法 (2010)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, Huixin Xiu, 大久保忠勝, 新関智彦, 葛西伸哉, 古林孝夫, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 学会等名: 2010年秋季 第71回 応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学,長崎
• [学会発表] エピタキシャルMgAl_2O_4およびγ-Al_2O_3バリア層を有する強磁性トンネル接合 (2010)
  • 著者名/発表者名: 介川裕章, Huixin Xiu, 大久保忠勝, 新関智彦, 葛西伸哉, 古林孝夫, 三谷誠司, 猪俣浩一郎, 宝野和博
  • 学会等名: 第34回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場,つくば市
• [学会発表] Magnetic tunnel junctions with a spinel MgAl_2O_4 barrier (2010)
  • 著者名/発表者名: H.Sukegawa, H.Xiu, T.Furubayashi, T.Niizeki, Wenhong Wang, S.Kasai, T.Ohkubo, S.Mitani, K.Inomata, K.Hono
  • 学会等名: ISAMMA2010 (The 2nd International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: 仙台国際センター,仙台市
• [備考]
  • URL: http://www.nims.go.jp/apfim/spin/indexJ.html
• [備考] MgAl_2O_4スピネルを用いたトンネル磁気抵抗素子(物質・材料研究機構Webページ)
  • URL: http://www.nims.go.jp/apfim/project/SpinelTMR_j.html
• [産業財産権] 強磁性トンネル接合体とそれを用いた磁気抵抗効果素子並びにスピントロニクスデバイス (2012)
  • 発明者名: 介川裕章, 三谷誠司, 新関智彦, 大久保忠勝, 猪俣浩一郎, 宝野和博, 白井正文, 三浦良雄, 阿部和多加, 村本慎伍
  • 権利者名: 独立行政法人物質・材料研究機構
  • 産業財産権番号: 2012-039582
  • 出願年月日: 2012-02-27