| 研究概要 |
本研究では、強磁性エピタキシャル多重障壁構造の製作技術を確立すると共に、スピン共鳴トンネルデバイスの基盤技術を構築することを目的とした。本研究では,強磁性電極材料として,ハーフメタル強磁性特性に由来する高いスピン偏極率が理論的に指摘され、かつ、キュリー温度が室温よりも十分に高い特徴を有するCo系フルホイスラー合金を検討対象とした。さらに,Co系ホイスラー合金とMgOとの間の格子ミスマッチが数%と比較的小さいことに着目し、MgO基板上へのMgOバッファ層を介したCo系ホイスラー合金薄膜のエピタキシャル成長を実現した。具体的には、CO_2(Cr_<0.6>Fe_<0.4>)Al(CCFA)とCO_2MnGe(CMG)のエピタキシャル薄膜を製作し、優れた表面平坦性(表面粗さのrms値が、約0.25nm程度)を実現した。また、飽和磁化の値が、理論的に予測される値の90%程度と磁気的特性にも優れることを示した。さらに、このホイスラー合金エピタキシャル薄膜の上への2nm程度のMgOバリア、さらに、その上への強磁性Co_<50>Fe_<50>薄膜のエピタキシャル成長を実現した。すなわち、Co系ホイスラー合金薄膜と、MgOバリアを用いた全層エピタキシャルの強磁性トンネル接合(MTJ)を実現した(in situでのRHEED観察および断面TEM観察により単結晶エピタキシャルMTJ構造を確認)。さらに、これらのエピタキシャル構造を用いてMTJを試作評価し、室温において、良好なトンネル磁気抵抗(TMR)特性が得られることを示した(CCFA-MTJに対して、室温で42%のTMR比)。以上、ハーフメタル強磁性体としてスピン偏極率が大きいと予想されるCo系ホイスラー合金薄膜を用いた強磁性エピタキシャル多重障壁構造の製作技術、および、スピン共鳴トンネルデバイスの基盤技術を構築した。
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