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2006 年度 実績報告書

ハーフメタル系強磁性エピタキシャルへテロ構造の製作とスピン制御デバイスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 18360143
研究機関北海道大学

研究代表者

山本 眞史  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 教授 (10322835)

研究分担者 植村 哲也  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 助教授 (20344476)
松田 健一  北海道大学, 大学院情報科学研究科, 助手 (80360931)
キーワード強磁性トンネル接合 / トンネル磁気抵抗 / ホイスラー合金薄膜 / ハーフメタル / エピタキシャル成長 / スピントロニクス
研究概要

本研究では、ハーフメタル系強磁性体を用いたエピタキシャルヘテロ構造を技術の核として、新しい概念のスピン制御デバイスを創出することを目的としている。平成18年度は、そのためのデバイス基盤技術の確立を具体的な目標とし、以下のような結果を得た。
1)本研究グループのオリジナル技術であるハーフメタル系ホイスラー合金(Co_2YZ)薄膜を用いたエピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)の高性能化のためのアプローチとして、本来の組成がCo_2(Cr_<0.6>Fe_<0.4>)Al(略称CCFA)の薄膜の組成を、化学量的組成に近づける検討を行った。この結果、トンネル磁気抵抗(TMR)比として、室温で90%、低温4.2Kで240%の良好な値を実証した。
2)さらに、下部電極Co_2YZ薄膜/MgOトンネルバリア/上部電極Co_<50>Fe_<50>薄膜からなる層構造のMTJに対して、上部電極Co_<50>Fe_<50>を4層構造Co_<50>Fe_<50>/Ru/Co_<90>Fe_<10>/IrMnの中に組み込み、反強磁性体IrMnにより上部電極に交換バイアスを印加する層構造を開発した。この技術をCCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>三層構造MTJに適用し、1)項に記載のTMR比をさらに上回る、室温で109%、低温4.2Kで317%の高いTMR比を実証した。
3)Co_2YZの中で、理論的にハーフメタルと指摘されている代表的な物質の一つであるCo_2MnSiを用いた、エピタキシャル構造でかつ交換バイアス型のCo_2MnSi/MgO/Co_<50>Fe_<50> MTJを製作し、TMR比として、室温で90%、4.2Kで192%の良好な値を実証した。2)と3)の結果を合わせて、ハーフメタル系ホイスラー合金薄膜とMgOトンネルバリアを用いた、エピタキシャル構造の交換バイアス型MTJデバイス技術を確立し、良好なトンネル磁気抵抗特性を実証した。

  • 研究成果

    (14件)

すべて 2007 2006

すべて 雑誌論文 (14件)

  • [雑誌論文] Highly spin-polarized tunneling in fully-epitaxial Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al/MgO/Co_<50>Fe_<50> magnetic tunnel junctions with exchange biasing2007

    • 著者名/発表者名
      T.Marukame, T.Ishikawa, S.Hakamata, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. vol.90,no.1

      ページ: 012508-1-012508-3

  • [雑誌論文] Effect of a MgO interlayer on the structural and magnetic properties of Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al thin films epitaxially grown on GaAs2007

    • 著者名/発表者名
      T.Yano, T.Uemura, K.-i.Matsuda, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys. vol.101

      ページ: 063904-1-063904-4

  • [雑誌論文] Analysis of magnetic anisotropy for Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al thin films epitaxially grown on GaAs2007

    • 著者名/発表者名
      T.Uemura, T.Yano, K.-i.Matsuda, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Magn. Magn. Mater. vol.310

      ページ: e696-e698

  • [雑誌論文] Fabrication of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a Co_2MnSi thin film and a MgO tunnel barrier2007

    • 著者名/発表者名
      H.Kijima, T.Ishikawa, T.Marukame, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Magn. Magn. Mater. vol.310

      ページ: 2006-2008

  • [雑誌論文] Spin-dependent transport properties of fully epitaxial Co_2MnSi/MgO/Co_<50>Fe_<50> tunnel junctions2007

    • 著者名/発表者名
      T.Marukame, H.Kijima, T.Ishikawa, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Magn. Magn. Mater. vol.310

      ページ: 1946-1948

  • [雑誌論文] Fabrication of exchange-biased epitaxial magnetic tunnel junctions with a Heusler alloy Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al thin film2007

    • 著者名/発表者名
      T.Ishikawa, S.Hakamata, T.Marukame, H.Kijima, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Magn. Magn. Mater. vol.310

      ページ: 1897-1899

  • [雑誌論文] Tunnel magnetoresistance in epitaxial magnetic tunnel junctions using full-Heusler alloy Co_2MnGe thin film and MgO tunnel barrier2006

    • 著者名/発表者名
      T.Marukame, T.Ishikawa, K.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys. vol.99

      ページ: 08A904-1-08A904-3

  • [雑誌論文] Structural and magnetic properties of epitaxially grown full-Heusler alloy Co_2MnGe thin films deposited using magnetron sputtering2006

    • 著者名/発表者名
      T.Ishikawa, T.Marukame, K.Matsuda, T.Uemura, M.Arita, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      J. Appl. Phys. vol.99

      ページ: 08J110-1-08J110-3

  • [雑誌論文] Analysis of anisotropic tunnel magneto-resistance of GaMnAs/AlAs/GaMnAs magnetic tunnel junction2006

    • 著者名/発表者名
      T.Uemura, R.Miura, T.Yamazuki, T.Sone, K.-i.Matsuda, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      Physica E : Low-dimensional Systems and Nanostructures vol.32

      ページ: 383-386

  • [雑誌論文] High tunnel magnetoresistance in fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a full-Heusler alloy Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al thin film2006

    • 著者名/発表者名
      T.Marukame, T.Ishikawa, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett vol.88

      ページ: 262503-1-262503-3

  • [雑誌論文] Exchange Bias Effect in Full-Heusler Alloy Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al Epitaxial Thin Films2006

    • 著者名/発表者名
      T.Ishikawa, T.Marukame, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      IEEE Trans. on Magn. vol.42,no.10

      ページ: 3002-3004

  • [雑誌論文] Epitaxial Growth of Full-Heusler Alloy Co_2MnSi Thin Films on MgO-Buffered MgO Substrates2006

    • 著者名/発表者名
      H.Kijima, T.Ishikawa, T.Marukame, H.Koyama, K.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      IEEE Trans. on Magn. vol.42,no.10

      ページ: 2688-2690

  • [雑誌論文] Highly Spin-Polarized Tunneling in Fully-Epitaxial Magnetic Tunnel Junctions using Full-Heusler Alloy Co_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al Thin Film and MgO Tunnel Barrier2006

    • 著者名/発表者名
      T.Marukame, T.Ishikawa, W.Sekine, K.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      IEEE Trans. on Magn. vol.42,no.10

      ページ: 2652-2654

  • [雑誌論文] Spin-dependent tunneling characteristics of fully epitaxial magnetic tunnel junctions with a full-Heusler alloy Co_2MnSi thin film and MgO tunnel barrier2006

    • 著者名/発表者名
      T.Ishikawa, T.Marukame, H.Kijima, K.-i.Matsuda, T.Uemura, M.Yamamoto
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett. vol.89

      ページ: 192505-1-192505-3

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公開日: 2008-05-08   更新日: 2016-04-21  

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