三端子スピン素子創出のための半金属ハーフメタル新材料の探求

• 研究課題/領域番号: 25600070
• 研究種目: 挑戦的萌芽研究
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 水上 成美 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (00339269)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: ハーフメタル / 磁気抵抗素子 / 半金属 / ホイスラー合金 / エピタキシャル / スピントロニクス

研究成果の概要

半金属性とハーフメタル性を有する新材料を探索する目的で，マンガン・コバルト・ガリウム（Mn-Co-Ga）について研究した．スパッタ法でMn-Co-Ga単結晶薄膜を作製した．電気抵抗は室温で大きな値を示し，金属的な温度依存性を示した．ホール係数は組成によって符号が変化するものの，半金属に特有の大きなホール係数は観測されなかった． Mn-Co-Ga単結晶薄膜を用いたトンネル磁気抵抗素子は，低温で磁気抵抗比が急激に増大する傾向を示し，その接合抵抗はCoを含まないMn-Ga電極と比較して約1桁程度大きいことが分かった．これらの実験結果は，Mn-Co-Gaの特異な電子状態を反映しているものと考えられる．

研究成果

• [雑誌論文] TETRAGONAL HEUSLER-LIKE Mn-Ga ALLOYS BASED PERPENDICULAR MAGNETIC TUNNEL JUNCTIONS (2015)
  • 著者名/発表者名: Q. MA, A. SUGIHARA, K. SUZUKI, X. ZHANG, T. MIYAZAKI, and S. MIZUKAMI
  • 雑誌名: Spin 巻: 4 号: 04 ページ: 1440024-1440024
  • DOI: 10.1142/s2010324714400244
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Direct measurement of the magnetic anisotropy field in Mn-Ga and Mn-Co-Ga Heusler films (2015)
  • 著者名/発表者名: C. Fowley, S. Ouardi, T. Kubota, O. Yildirim, A. Neudert, K. Lenz, V. Sluka, J. Lindner, L. J. M., S. Mizukami, G. H. Fecher, C. Felser, and A. M. Deac
  • 雑誌名: J. Phys. D. Appl. Phys. 巻: 48 号: 16 ページ: 164006-164006
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164006
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic dichroism study on Mn 1.8Co1.2Ga thin film using a combination of x-ray absorption and photoemission spectroscopy (2015)
  • 著者名/発表者名: S. Ouardi, G. H. Fecher, T. Kubota, S. Mizukami, E. Ikenaga, T. Nakamura, and C. Felser
  • 雑誌名: J. Phys. D. Appl. Phys. 巻: 48 号: 16 ページ: 164007-164007
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164007
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunable ferromagnetic and antiferromagnetic interfacial exchange coupling in perpendicularly magnetized L10-MnGa/Co2FeAl Heusler bilayers (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Mizukami, X. M. Zhang, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Journal Applied Physics 巻: 116 号: 23
  • DOI: 10.1063/1.4904348
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Tunnel magnetoresistance effect using perpendicularly magnetized tetragonal and cubic Mn-Co-Ga Heusler alloy electrode (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kubota, S. Mizukami, Q.L. Ma, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 115 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4855016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Static and dynamic magnetic properties of cubic Mn-Co-Ga Heusler films (2014)
  • 著者名/発表者名: A.S. Demiray, T. Kubota, S. Iihama, *S. Mizukami, T. Miyazaki, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 115 号: 17
  • DOI: 10.1063/1.4864250
  • 査読あり
• [雑誌論文] Abrupt Transition from Ferromagnetic to Antiferromagnetic of Interfacial Exchange in Perpendicularly Magnetized L10-MnGa/FeCo Tuned by Fermi Level Position (2014)
  • 著者名/発表者名: Q.L. Ma, S. Mizukami, T. Kubota, X.M. Zhang, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett 巻: 112 号: 15
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.157202
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Mn-based Tetragonal Heusler-like Alloys for Spintronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Shigemi Mizukami
  • 学会等名: Seminar
  • 発表場所: University of York (英国）
  • 年月日: 2014-12-11
  • 招待講演
• [学会発表] Functional tetragonal MnGa based composite for spintronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Mizukami, and T. Miyazaki
  • 学会等名: Condensed Matter Physics Seminar in Johns-Hopkins University
  • 発表場所: Baltimore （米国）
  • 年月日: 2014-11-12
  • 招待講演
• [学会発表] The Interfacial Exchange coupling in cubic Heusler/tetragonalHeusler Mn3Ga Bilayers (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ranjbar, S. Mizukami, Q. Ma, A. Sugihara, K. Suzuki, X. Zhang, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 59th Magnetism and Magnetic Material Conference (MMM)
  • 発表場所: Hawaii （米国）
  • 年月日: 2014-11-07
• [学会発表] Tailoring MnGa/FeCo interfacial coupling and their effect on spin dependent tunneling in perpendicular magnetic tunnel junctions (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Mizukami, X. M. Zhang, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 59th Magnetism and Magnetic Material Conference (MMM)
  • 発表場所: Hawaii （米国）
  • 年月日: 2014-11-05
• [学会発表] Tetragonal Mn-Ga Heusler based hybrids for spintronics (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Mizukami, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 3rd International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS)
  • 発表場所: Hainan （中国）
  • 年月日: 2014-10-28
  • 招待講演
• [学会発表] Interfacial Exchange Coupling of Mn3Ga/Co2FeZ (Z=Al, Si) Heusler Bilayers (2014)
  • 著者名/発表者名: R. Ranjbardizaj，S. Mizukami，Q. Ma，A. Sugihara，K. Suzuki，X. Zhang，Y. Ando，T. Miyazaki
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学 （札幌）
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] Perpendicular Magnetic Tunnel Junctions with L10-MnGa/FM Electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Mizukami, X. M. Zhang, A. Sugihara, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM)
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 2014-09-11
• [学会発表] Tetragonal Mn-based metallic ferrimagnets for spintronics applications, (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, A. Sugihara, Q. L. Ma, X. M. Zhang, T. Miyazaki
  • 学会等名: e-MRS Spring Meeting
  • 発表場所: Lille （フランス）
  • 年月日: 2014-05-27
  • 招待講演
• [学会発表] Mn系垂直磁化薄膜－磁性、磁気緩和、およびトンネル接合－ (2014)
  • 著者名/発表者名: 水上成美
  • 学会等名: 第58回ナノマグネティクス専門研究会（日本磁気学会）
  • 発表場所: 中央大学 （東京）
  • 年月日: 2014-05-23
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetoresistance effect in L10-MnGa/MgO/CoFeB perpendicular magnetic tunnel junctions with Heusler alloy Co2FeAl as interlayer (2014)
  • 著者名/発表者名: Q. L. Ma, S. Mizukami, X. M. Zhang, A. Sugihara, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 50th International Conference of Magnetics (Intermag2014)
  • 発表場所: Dresden （ドイツ）
  • 年月日: 2014-05-04
• [学会発表] Magnetoresistance effect of perpendicularly magnetized tetragonal- or cubic- Mn-Co-Ga Heusler alloy electrode
  • 著者名/発表者名: Takahide Kubota, Shigemi Mizukami, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando, Terunobu Miyazaki
  • 学会等名: 58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Denver（米国）
• [学会発表] Static and dynamic magnetic properties of cubic Mn3-xCoxGa Heusler thin films
  • 著者名/発表者名: Ahmet S. Demiray, Takehide Kubota, Satoshi Iihama, Shigemi Mizukami, Terunubo Miyazaki, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando
  • 学会等名: 58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Denver（米国）
• [学会発表] Mn-Co-Ga電極を用いた垂直磁化トンネル接合における磁気抵抗効果
  • 著者名/発表者名: 窪田崇秀，水上成美，永沼博，大兼幹彦，安藤康夫，宮崎照宣
  • 学会等名: 第74 回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 同志社大学（京都）
• [学会発表] ホイスラー型Mn-Co-Ga エピタキシャル薄膜の作製とトンネル磁気抵抗効果
  • 著者名/発表者名: 窪田崇秀，Siham Ouardi，水上成美，G. H. Fecher，C. Felser，永沼博，大兼幹彦，安藤康夫，宮崎照宣
  • 学会等名: 第37回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 北海道大学
• [備考] 水上研究室
  • URL: http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/mizukami_lab/
• [備考] スピントロニクス: 材料組成を調整してメモリー性能を向上させる
  • URL: http://research.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/jpn/research/836
• [備考] Mizukami Lab.
  • URL: http://www.wpi-aimr.tohoku.ac.jp/mizukami_lab/