高温超伝導体とハーフメタル磁性体のナノスケールでの複合化

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13875006
• 研究種目: 萌芽的研究
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 浅野 秀文 名古屋大学, 工学研究科, 助教授 (50262853)
• 研究分担者: 松井 正顯 名古屋大学, 工学研究科, 教授 (90013531)
• キーワード: トンネル効果 / ハーフメタル / スピン偏極 / アンデレーフ反射 / 高温超伝導体 / Sr_2FeMoO_6 / 磁気抵抗効果 / Nd_<1.85>Ce_<0.15>CuO_4

研究概要

磁性体/超伝導体をナノスケールで複合化した系では、電子の電荷とスピンが関与する新物性、新機能が発現する可能性がある。特に、強相関電子系の酸化物の組み合わせを用いることによって、強磁性"ハーフメタル"電子状態に由来する高いスピン分極率、および高い超伝導転移温度ゆえの強い電子間相互作用を活用すれば、電子スピンと電荷の挙動に依存した現象のスケールを、最大限にまで巨大化することが期待できる。また、この複合系では、アンデレーフ反射、磁束ピニングといった基礎物性の面でも興味深い現象が発現することが知られている。そこで、本研究では、これらの遷移金属酸化物を切り口として、ハーフメタル磁性体と高温超伝導体の組み合わせた系を対象としたナノスケールでの複合化を主題として、研究展開を図った。
ナノスケールでの複合化による機能探索のためには、優れた界面特性が得られる材料系の組み合わせが重要である。この観点から、酸化物の中でも化学的、結晶学的性質の類似した強磁性体/超伝導体の組み合わせとして、2重ペロブスカイト型強磁性体Sr_2FeMoO_6と層状ペロブスカイト型電子ドープ超伝導体Nd_<1.85>Ce_<0.15>CuO_4を選んだ。まず、各材料について、高品質な単層膜を作製する条件を探索した。強磁性Sr_2FeMoO_6については、還元ガス雰囲気(Ar+H_2)中でのスパッタリングを用い、完全格子整合性バッファーを導入することにより、理論値に近い磁気モーメントを持つエピタキシャル薄膜を得ることに初めて成功した。Nd_<1.85>Ce_<0.15>CuO_4についても、同様に還元ガス雰囲気(Ar+H_2)中でのスパッタリングにより、20Kとほぼバルク値に近い超伝導転移温度を示すエピタキシャル薄膜に得た。ついで、この組み合わせによる2層膜(各層の膜厚は50nm)を積層順を変えてヘテロエピタキシャル成長させ、磁気特性、電気伝導特性を評価した結果、積層化によっても各薄膜の特性が維持されていることを確認した。現在、各層の膜厚を薄くした2層膜試料、およびその2層構造を周期として多層化した試料を作製し、ナノスケール領域での界面特性の評価を進めている。

研究成果

• [文献書誌] J. Hayakawa., S. Kokado., K. Itou., M. Sugiyama., H. Asano., M. Matsui: "The origin of bias voltage dependence in spin-valve type CoFe/SrTiO_3/La_<0.7>Sr_<0.3>MnO_3 magnetic tunnel junctions"J.Appl.Phys.. 91. (2002)
• [文献書誌] K. Ohmori., M. Samkamoto., H. Asano., M. Matsui: "Structure and superconductivity of high-pressure sysnthesized Sr-Ca-Cu-O system"Mater.Trans.JIM. 42. 1890-1892 (2001)
• [文献書誌] 杉山幹人, 早川純, 伊藤顕知, 浅野秀文, 松井正顯, 佐久間照正他: "ハーフメタル強磁性トンネル接合の磁気抵抗効果とその伝導物性"日本応用磁気学会誌. 25. 795-798 (2001)
• [文献書誌] H. Asano, M. Osugi, Y. Kohara, D. Higashida, M. Matsui: "Room-temperature magnetic and magneto-otpical properties of Sr_2FeMoO_6 thin films"Jpn. J. Appl. Phys.. 40. 4883-4885 (2001)
• [文献書誌] 大杉眞弘, 浅野秀文, 東田大介, 松井正顯: "マグネトロンスパッタ法により作製したSr_2FeMoO_6薄膜の磁性"日本応用磁気学会誌. 25. 887-890 (2001)