スピンエレクトロニクスのためのハーフメタル磁気抵抗材料及びその複合材料化

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15206071
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: KARPPINEN Maarit 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助教授 (50334529)
• 研究分担者: 山内 尚雄 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 教授 (50271581) ; 本橋 輝樹 東京工業大学, 応用セラミックス研究所, 助手 (00323840) ; 松井 良夫 独立行政法人物質・材料研究機構, 物質研究所, 主席研究員 (80354398)
• キーワード: ハーフメタル / スピンエレクトロニクス / ダブルペロブスカイト酸化物 / トンネル型磁気抵抗 / 混合原子価状態 / メスバウアー分光 / ゾルゲル法 / 複合材料化

研究概要

本研究では、高性能トンネル型磁気抵抗(TMR)材料の創製を目指し、ダブルペロブスカイト酸化物における結晶粒内(intrinsic)及び粒間(extrinsic)の特性制御を行った。本年度の主な研究成果を以下に列挙する。
1.BaREFe_2O_<5.0>及びBaRECo_2O_<5+δ>試料における電子状態と化学組成/局所結晶構造の相関関係
ハーフメタル電子状態の発現が期待される上記2種類の物質について、(1)酸素量制御や元素置換など化学組成制御、(2)〜4GPaの超高圧印加を施した試料の結晶構造及び電磁気特性を調べた。その結果、これら物質の磁気/電荷秩序状態は遷移金属元素の原子価状態や局所結晶構造と深い相関関係があることが分かった。
2.ダブルペロブスカイト酸化物A_2FeTO_6(A=Ba, Sr, Ca, T=Mo, Re)におけるメスバウアー分光
上記物質におけるハーフメタル電子状態とFeの原子価状態の関係を調べるため、様々な組成を持つ試料についてメスバウアー分光測定を行った。その結果、(1)Feの原子価状態(混合原子価状態)がAサイトの平均イオン半径r(A^<2+>)により変化すること、(2)7.=Reではr(A^<2+>)が小さくなるに従いアイソマーシフトIが単調に低下するが、T=MoではBa→Srの範囲で同様な傾向が見られたものの、Sr→Caの範囲ではIの値がほぼ一定となることが分かった。
3.ゾルゲル法により合成したSFMO試料における低磁場MR特性の向上
ゾルゲル法により合成したSFMO試料において、低磁場領域のMR特性が大幅に向上することを見出した。本試料の77Kにおけるメスバウアー分光の結果より、超常磁性(superparamagnetism)状態を確認した。この結果より、超常磁性と強磁性状態の共存が低磁場MR特性向上に効果的であることが明らかになった。
4.複合材料化による低磁場MR特性の向上
室温・低磁場でのMR特性向上を目指し、複合材料化の効果を調べた。TMR材料であるSFMOと絶縁体(SiO_2)及び金属(Ag)の複合体において、低磁場MR効果の向上が確認された。また、結晶粒径の異なる2種のSFMO試料を混合した"homocomposite"を作製したところ、通常のSFMO試料に比較して約2倍の低磁場MR効果が得られた。

研究成果

• [文献書誌] M.Karppinen, K.Kotiranta, T.Nakane, S.C.Chang, J.M.Chen, R.S.Liu, H.Yamauchi: "Layer-specific hole concentrations in Bi_2Sr_2(Y_<1-x>Ca_x)Cu_2O_<8+δ> as probed by XANES spectroscopy and coulometric redox analysis"Physical Review B. 67. 134522-134527 (2003)
• [文献書誌] M.Karppinen, V.P.S.Awana, Y.Morita, H.Yamauchi: "Oxygen stoichiometry in Co-1212, Co-1222 and Co-1232 of the homologous series Co-12s2 of "category-B" layered copper oxides"Physica C. 392-396. 82-86 (2003)
• [文献書誌] M.Karppinen, H.Yamauchi, Y.Yasukawa, J.Linden, T.S.Chan, R.S.Liu, J.M.Chen: "Valence state of iron in the Sr_2Fe(Mo, W, Ta)O_<6.0> double-perovskite system : an Fe K-edge and L_<2,3>-edge XANES study"Chemistry of Materials. 15. 4118-4121 (2003)
• [文献書誌] J.Linden, M.Karppinen, T.Shimada, Y.Yasukawa, H.Yamauchi: "Observation of antiphase boundaries in Sr_2FeMoO_6"Physical Review B. 68. 174415-174419 (2003)
• [文献書誌] T.Shimada, J.Nakamura, T.Motohashi, H.Yamauchi, M.Karppinen: "Kinetics and thermodynamics of the degree of order of the B cations in double-perovskite Sr_2FeMoO_6"Chemistry of Materials. 15. 4494-4497 (2003)
• [文献書誌] J.Linden, T.Shimada, T.Motohashi, H.Yamauchi, M.Karppinen: "Iron and molybdenum valences in double-perovskite (Sr, Nd)_2FeMoO_6 : electron-doping effect"Solid State Communications. 129. 129-133 (2003)
• [文献書誌] M.Karppinen, H.Okamoto, H.Fjellvag, T.Motohashi, H.Yamauchi: "Oxygen and cation ordered perovskite, Ba_2Y_2Mn_4O_<11>"Journal of Solid State Chemistry. (in press). (2004)
• [文献書誌] J.Linden, H.Yamauchi, M.Karppinen: "^<57>Fe Mossbauer spectroscopy investigation of the Fe^<II/III> mixed-valence state and the B-site order in double perovskite A_2FeMoO_6"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. (in press). (2004)
• [文献書誌] M.Karppinen, I.Asako, T.Motohashi, H.Yamauchi: "Oxidation state of cobalt in the Na_xCoO_<2-δ>・y H_2O superconductor"Chemistry of Materials. (in press). (2004)