負のスピン分極材料を用いたスピントロニクスデバイスの開発

• 研究課題/領域番号: 23360130
• 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: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 角田 匡清 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (80250702)
• 研究分担者: 古門 聡士 静岡大学, 工学研究科, 准教授 (50377719)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2014-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2013年度)
• 配分額: 19,500千円 (直接経費: 15,000千円、間接経費: 4,500千円); 2013年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円); 2012年度: 6,890千円 (直接経費: 5,300千円、間接経費: 1,590千円); 2011年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
• キーワード: スピントロニクス / 磁性材料 / 磁気抵抗効果 / スピン分極 / 磁性 / 金属物性 / スピンエレクトロニクス

研究概要

負のスピン分極を示すFe4Nの類型材料であるMn4N薄膜およびCo3FeN薄膜の単相合成を行った。Mn4N薄膜は垂直磁気異方性を示した。スピン軌道相互作用ならびに結晶場分裂を取り入れた異方性磁気抵抗（AMR）効果の理論を構築した。Co3FeNのAMR比は負でありハーフメタルの可能性が示唆された。スピネル薄膜をトンネル障壁層としたFe4N基強磁性トンネル接合でインバーストンネル磁気抵抗効果が観測された。Fe4N/Pt二層膜の逆スピンホール効果の計測から、強磁性共鳴下でのFe4N薄膜からの高効率スピン流生成が示された。

研究成果

• [雑誌論文] Annealing Effects on Nitrogen Site Ordering and Anisotropic Magnetoresistance in Pseudo-Single-Crystal γ'-Fe_4N Films (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kabara, M. Tsunoda, and S. Kokado
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: (in press) ページ: 7-7
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic magnetoresistance effect of a strong ferromagnet : magnetization direction dependence in a model with crystal field (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado and M. Tsunoda
  • 雑誌名: Phys. Status Solidi C 巻: 11 号: 5-6 ページ: 1026-1032
  • DOI: 10.1002/pssc.201300736
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of Thermal Stability of Magnetic Tunnel Junction Using Time-Resolved Single-Shot Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: C. T. Chao, C. Y. Kuo, L. Horng, M. Tsunoda, M. Takahashi, and J. C. Wu
  • 雑誌名: IEEE Transaction on Magnetics 巻: 50 号: 1 ページ: 1-4
  • DOI: 10.1109/tmag.2013.2276418
  • 査読あり
• [雑誌論文] Studies on Spintronics-Related Thin Films Using Synchrotron-Radiation-Based Mossbauer Spectroscopy (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Mibu, M. Seto, T. Mitsui, Y. Yoda, R. Masuda, S. Kitao, Y. Kobayashi, E. Suharyadi, M. A. Tanaka, M. Tsunoda, H. Yanagihara, and E. Kita
  • 雑誌名: Hyperfine Interactions 巻: 217 号: 1-3 ページ: 127-135
  • DOI: 10.1007/s10751-012-0734-0
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Magnetoresistance Effect : General Expression of AMR Ratio and Intuitive Explanation for Sign of AMR Ratio (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado and M. Tsunoda
  • 雑誌名: Advanced Materials Research 巻: 750-752 ページ: 750-752
  • DOI: 10.4028/www.scientific.net/amr.750-752.978
  • NAID: 120005317559
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhancement of Spin Pumping Efficiency in Fe_4N/Pt Bilayer Films (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Isogami, M. Tsunoda, M. Oogane, A. Sakuma, and M. Takahashi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 6 号: 6 ページ: 063004-063007
  • DOI: 10.7567/apex.6.063004
  • 査読あり
• [雑誌論文] The Enhancement of Magnetic Damping in Fe_4N Films with Increasing Thickness (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Isogami, M. Tsunoda, M. Oogane, A. Sakuma, and M. Takahashi
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 52 号: 7R ページ: 073001-073003
  • DOI: 10.7567/jjap.52.073001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Anisotropic Magnetoresistance Effects in Fe, Co, Ni, Fe_4N and Half-Metallic Ferromagnet : A Systematic Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: Satoshi Kokado, Masakiyo Tsunoda, Kikuo Harigaya, Akimasa Sakuma
  • 雑誌名: Journal of The Physical Society of Japan 巻: 81 号: 2 ページ: 024705-024705
  • DOI: 10.1143/jpsj.81.024705
  • 査読あり
• [雑誌論文] Negative Anisotropic Magnetoresistance in γ'-Fe_4N Epitaxial Films on SrTiO_s(OOl) Grown by Molecular Beam Epitaxy (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Ito, K. Kabara, H. Takahashi, T. Sanai, K. Toko, T. Suemasu, and M. Tsunoda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 51 号: 6R ページ: 680011-680012
  • DOI: 10.1143/jjap.51.068001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Coupling strength with off-axial external field in magnetic tunnel junction cells (2011)
  • 著者名/発表者名: C. T. Chao, C. Y. Kuo, C. C. Chen, L. Horng, Y. J. Chang, T. Wu, S. Isogmi, M. Tsunoda, M. Takahashi, and J. C. Wu
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 109 号: 7
  • DOI: 10.1063/1.3560047
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uncompensated antiferromagnetic moments in Mn-Ir/FM (FM=Ni-Co, Co-Fe, Fe-Ni) bilayers : Compositional dependence and its origin (2011)
  • 著者名/発表者名: Hirokazu Takahashi, Yohei Kota, Masakiyo Tsunoda, Tetsuya Nakamura, Kenji Kodama, Akimasa Sakuma, Migaku Takahashi
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 110 号: 12
  • DOI: 10.1063/1.3672450
  • 査読あり
• [学会発表] 強磁性体の異方性磁気抵抗効果 : 結晶場を考慮に入れた模型での磁化方向依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古門聡士, 角田匡清
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島
  • 年月日: 2013-09-25
• [学会発表] Theoretical Study of Anisotropic Magnetoresistance Effect : Magnetization Direction Dependence in A System with Crystal Field (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado and M. Tsunoda
  • 学会等名: Donostia International Conference on Nanoscaled Magnetism and Applications
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
  • 年月日: 2013-09-09
• [学会発表] スピネル障壁層を用いたFe 4N基強磁性トンネル接合膜の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 角田匡清, 千葉亮一
  • 学会等名: 日本磁気学会 第37回学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2013-09-03
• [学会発表] 擬単結晶(Fe,Co)_4N薄膜の作製とその異方性磁気抵抗効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 角田匡清, 鹿原和樹
  • 学会等名: 日本磁気学会 第37回学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2013-09-03
• [学会発表] 擬単結晶Fe_4N膜における磁気緩和の温度および結晶方位依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 磯上慎二, 角田匡清, 大兼幹彦, 佐久間昭正, 高橋 研
  • 学会等名: 日本磁気学会 第37回学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2013-09-03
• [学会発表] Anisotropic Magnetoresistance Effect : General Expression of AMR Ratio and Intuitive Explanation for Sign of AMR Ratio (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado and M. Tsunoda
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Advanced Engineering Materials and Technology
  • 発表場所: Zhangjiajie, China
  • 年月日: 2013-05-11
• [学会発表] Theoretical Study of Anisotropic Magnetoresistance Effect : Magnetization Direction Dependence in Ferromagnet with Crystal Field of Cubic Symmetry (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado, M. Tsunoda, F. Yang, Y. Sakuraba, K. Takanashi, K. Harigaya, A. Sakuma
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2013
  • 発表場所: ボルチモア(米国)
  • 年月日: 2013-03-18
• [学会発表] AnisotropicMagnetoresistance Effect: General Expression of AMR Ratio and Intuitive Explanation for Sign of AMR Ratio (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado and M. Tsunoda
  • 学会等名: The 3rd International Conference on Advanced Engineering Materials and Technology
  • 発表場所: Zhangjiajie, China
• [学会発表] スピネル障壁層を用いたFe4N基強磁性トンネル接合膜の作製 (2013)
  • 著者名/発表者名: 角田匡清，千葉亮一
  • 学会等名: 日本磁気学会 第37回学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 擬単結晶(Fe,Co)4N薄膜の作製とその異方性磁気抵抗効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 角田 匡清，鹿原 和樹
  • 学会等名: 日本磁気学会 第37回学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 擬単結晶Fe4N膜における磁気緩和の温度および結晶方位依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 磯上慎二, 角田匡清, 大兼幹彦, 佐久間昭正, 高橋 研
  • 学会等名: 日本磁気学会 第37回学術講演会
  • 発表場所: 札幌
• [学会発表] 強磁性体の異方性磁気抵抗効果：結晶場を考慮に入れた模型での磁化方向依存性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 古門聡士，角田匡清
  • 学会等名: 日本物理学会 2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島
• [学会発表] Theoretical Study of Anisotropic Magnetoresistance Effect: Magnetization Direction Dependence in A System with Crystal Field (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado and M. Tsunoda
  • 学会等名: Donostia International Conference on Nanoscaled Magnetism and Applications
  • 発表場所: San Sebastian, Spain
• [学会発表] Theoretical Study of Anisotropic Magnetoresistance Effect: Magnetization Direction Dependence in Ferromagnet with Crystal Field of Cubic Symmetry (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado, M. Tsunoda, F. Yang, Y. Sakuraba, K. Takanashi, K. Harigaya, A. Sakuma
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2013
  • 発表場所: ボルチモア（米国）
• [学会発表] 3d-Metal Nitrides for Spintronics (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsunoda
  • 学会等名: The 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2012-10-02
  • 招待講演
• [学会発表] Fe_4N based magnetic tunnel junctions with Cu 3N barrier (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsunoda and R. Chiba
  • 学会等名: The 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] "Growth and Magnetic Properties of Pseudo-Single-Crystal Mn 4N Films (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsunoda and K. Kabara
  • 学会等名: 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] Generation of spin current from γ'-Fe_4N film (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Isogami, M. Oogane, A. Sakuma, and M. Tsunoda
  • 学会等名: 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2012-10-02
• [学会発表] 強磁性体の異方性磁気抵抗効果の理論的研究 : 立方対称結晶場での磁化方向依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古門聡士,角田匡清,Fujun Yang,桜庭裕弥, 高梨弘毅, 針谷喜久雄, 佐久間昭正
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2012-09-18
• [学会発表] Negative AMR : a necessary condition for half-metallicity (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado, M. Tsunoda, K. Harigaya, and A. Sakuma
  • 学会等名: IEEE International Magnetics Conference
  • 発表場所: バンクーバー(カナダ)
  • 年月日: 2012-05-07
• [学会発表] Anisotropic Magnetoresistance Effects in Fe, Co, Ni, Fe_4N, and Half-Metallic Ferromagnet : A Systematic Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado, M. T sunoda, K. Harigaya, and A. Sakuma
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2012
  • 発表場所: ボストン(米国)
  • 年月日: 2012-02-29
• [学会発表] Anisotropic Magnetoresistance Effects in Fe, Co, Ni, Fe_4N, and Half-Metallic Ferromagnet : A Systematic Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado, M. T sunoda, K. Harigaya, and A. Sakuma
  • 学会等名: International Workshop for Group-IV Spintronics
  • 発表場所: 大阪
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] Anisotropic Magnetoresistance Effects in Fe, Co, Ni, Fe_4N, and Half-Metallic Ferromagnet : A Systematic Analysis (2012)
  • 著者名/発表者名: S.Kokado, M.Tsunoda, K.Harigaya, A.Sakuma
  • 学会等名: International Workshop for Group-IV Spintronics
  • 発表場所: 大阪大学(大阪府)
  • 年月日: 2012-01-20
• [学会発表] Negative AMR: a necessary condition for half-metallicity (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Kokado, M. Tsunoda, K. Harigaya, and A. Sakuma
  • 学会等名: IEEE International Magnetics Conference
  • 発表場所: バンクーバー（カナダ）
• [学会発表] 強磁性体の異方性磁気抵抗効果の理論的研究：立方対称結晶場での磁化方向依存性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 古門聡士，角田匡清，Fujun Yang，桜庭裕弥，高梨弘毅，針谷喜久雄，佐久間昭正
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学（神奈川県）
• [学会発表] 3d-Metal Nitrides for Spintronics (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsunoda
  • 学会等名: The 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県）
  • 招待講演
• [学会発表] Fe4N based magnetic tunnel junctions with Cu3N barrier (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsunoda and R. Chiba
  • 学会等名: The 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県）
• [学会発表] Growth and Magnetic Properties of Pseudo-Single-Crystal Mn4N Films (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Tsunoda and K. Kabara
  • 学会等名: The 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県）
• [学会発表] Generation of spin current from γ'-Fe4N film (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Isogami, M. Oogane, A. Sakuma, and M. Tsunoda
  • 学会等名: The 2nd International Conference of AUMS
  • 発表場所: 奈良県新公会堂（奈良県）
• [学会発表] γ'-Fe_4N 基強磁性トンネル接合用 Cu 3N 障壁膜の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 角田匡清, 稲葉竜也, 高橋研
  • 学会等名: 日本磁気学会第35回学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 負のスピン分極を有するγ'-Fe 4N薄膜の磁気緩和定数 (2011)
  • 著者名/発表者名: 磯上慎二, 角田匡清, 大兼幹彦, 佐久間昭正, 高橋研
  • 学会等名: 日本磁気学会第35回学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] γ'-Fe_4N基強磁性トンネル接合用Cu_3N障壁膜の作製 (2011)
  • 著者名/発表者名: 角田匡清, 稲葉竜也, 高橋研
  • 学会等名: 日本磁気学会第35回学術講演会
  • 発表場所: ときメッセ(新潟県)
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 負のスピン分極を有するγ'-Fe_4N薄膜の磁気緩和定数 (2011)
  • 著者名/発表者名: 磯上慎二,角田匡清, 大兼幹彦, 佐久間昭正, 高橋研
  • 学会等名: 日本磁気学会第35回学術講演会
  • 発表場所: ときメッセ(新潟県)
  • 年月日: 2011-09-28
• [学会発表] 種々の強磁性体の異方性磁気抵抗効果の理論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古門聡士, 角田匡清, 針谷喜久雄, 佐久間昭正
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] 種々の強磁性体の異方性磁気抵抗効果の理論的研究 (2011)
  • 著者名/発表者名: 古門聡士, 角田匡清, 針谷喜久雄, 佐久間昭正
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学(富山県)
  • 年月日: 2011-09-21
• [備考]
  • URL: http://www.ecei.tohoku.ac.jp/ecei_web/Laboratory/takahashi_j_index.html