実用デバイスに向けたハーフメタルホイスラー合金のスピン依存伝導機構の解明

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 17H06152
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 金属物性・材料
• 研究機関: 国立研究開発法人物質・材料研究機構
• 研究代表者: 宝野 和博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, フェロー (60229151)
• 研究分担者: 木村 昭夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (00272534) ; 三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10361198) ; 桜庭 裕弥 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10451618) ; 佐々木 泰祐 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主幹研究員 (30615993) ; 中谷 友也 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (60782646) ; 田尻 寛男 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70360831)
• 研究期間 (年度): 2017-05-31 – 2022-03-31
• キーワード: ハーフメタル / ホイスラー合金 / 巨大磁気抵抗効果 / スピントロニクス / 第一原理計算 / 光電子分光

研究成果の概要

室温でハーフメタル性(高いスピン分極率)を持つホイスラー合金を有限温度第一原理計算と実験により探索し、それを用いた面直電流ならびに面内電流巨大磁気抵抗(CPP/CIP-GMR)素子を試作し、磁気抵抗の起源となるバルク・界面のスピン分極率の評価と温度依存性、規則構造依存性に関する多くの基礎的知見を得た。また、5 Tbit/in2の超高記録密度の要求性能の満たす素子を実現するなど、実用デバイス実現に資する基礎・応用両面での学術的・実用的成果を得た。

自由記述の分野

磁性・スピントロニクス材料、微細組織解析

研究成果の学術的意義や社会的意義

研究成果の学術的意義のところに "本研究では、有限温度での電子構造計算や、バルク敏感なスピン・角度分解光電子分光、原子レベルの結晶構造・微細組織観察に基づいたデバイスの界面制御など、世界的にも前例がない研究を遂行し、バルク・界面スピン依存伝導の基礎とデバイス特性の温度依存性を改善するための重要な成果を得た。実現した室温で高い磁気抵抗を示す面直電流巨大磁気抵抗(CPP-GMR)素子は、2Tbit/in2を超える次世代HDD用のリードヘッドの最有力候補であり、企業連携を通じて社会実装を目指した取り組みに発展した。