金属系ナノヘテロ接合におけるスピン波励起と高周波デバイスの創製

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20246002
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 安藤 康夫 東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (60250726)
• 研究分担者: 大兼 幹彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50396454) ; 水上 成美 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (00339269) ; 永沼 博 東北大学, 大学院・工学研究科, 助教 (60434023)
• 研究期間 (年度): 2008 – 2010
• キーワード: スピン流 / スピン注入 / 垂直磁気異方性 / 金属ナノヘテロ構造 / CPP-GMR / ダンピング定数 / スピントルク / スピン波

研究概要

Si基板上にボトムフリー層構成の面直通電型磁気抵抗(CPP-GMR)ナノヘテロ構造素子を作製し、スピン注入自励発振の測定を行った。磁場の印加方向を容易軸と90度とし、印加電流が3mA～7mAのときに発振強度が大きくなり、半値幅も減少した。また、下部自由層が連続した擬ポイントコンタクト型CPP-GMR素子を設計・作製した。50Ω整合のとれたコプレーナーウェーブガイドを独自に設計し、高周波伝達損失を10%まで低減させることに成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Fast magnetization precession observed in L1_0-FePt epitaxial thin film (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, S. Iihama, N. Inami, T. Hiratsuka, G. Kim, H. Naganuma, M. Oogane, and Y. Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 98 ページ: 052501-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoresistance Effect in Tunnel Junctions with Perpendicularly Magnetized D0_22-Mn_<3-δ> Ga Electrode and MgO Barrier (2011)
  • 著者名/発表者名: Takahide Kubota, Yoshio Miura, Daisuke Watanabe, Shigemi Mizukami, Feng Wu, Hiroshi Naganuma, Xianmin Zhang, Mikihiko Oogane, Masafumi Shirai, Yasuo Ando, and Terunobu Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 4 ページ: 043002-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-Lived Ultrafast Spin Precession in Manganese Alloys Films with a Large Perpendicular Magnetic Anisotropy (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, F. Wu, A. Sakuma, J. Walowski, D. Watanabe, T. Kubota, X. Zhang, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 106 ページ: 117201-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electrical transport properties of perpendicular magnetized Mn-Ga epitaxial films (2010)
  • 著者名/発表者名: Feng Wu, E. P. Sajitha, Shigemi Mizukami, Daisuke Watanabe, Terunobu Miyazaki, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, and Yasuo Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 96 ページ: 042505-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ultrafast Demagnetization for Ni_<80> Fe_<20> and Half-metallic Co_2MnSi Haussler Alloy Films (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, S. Tsunegi, T. Kubota, M. Oogane, D. Watanabe, H. Naganuma, Y. Ando and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200 ページ: 042017-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural, Magnetic, and Magnetotransport Properties of FePt/MgO/CoPt Perpendicularly Magnetized Tunnel Junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Inami, G. Kim, T. Hiratsuka, H. Naganuma, M. Oogane and Y. Ando
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200 ページ: 052008-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetoresistance of Perpendicularly Magnetized Tunnel Junction Using L1_0-CoNiPt with Low Saturation Magnetization (2010)
  • 著者名/発表者名: G. Kim, T. Hiratsuka, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200 ページ: 052011-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-transfer Switching in Magnetic Tunnel Junctions with Synthetic Ferri-magnetic Free Layer (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Nishimura, M. Oogane, H. Naganuma, N. Inami, S. Ikeda, H. Ohno and Y. Ando
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200 ページ: 052018-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and magnetic properties of Mn_2. 5Ga films (2010)
  • 著者名/発表者名: F. Wu, S. Mizukami, D. Watanabe, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200 ページ: 062037-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interlayer exchange coupling in perpendicularly magnetized synthetic ferrimagnet structure using CoCrPt and CoFeB (2010)
  • 著者名/発表者名: D. Watanabe, S. Mizukami, F. Wu, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Journal of Physics : Conference Series 巻: 200 ページ: 072104-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Optically induced magnetization dynamics and variation of damping parameter in epitaxial Co_2MnSi Heusler alloy films (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Liu, L. R. Shelford, V. V. Kruglyak, R. J. Hicken, Y. Sakuraba, M. Oogane, and Y. Ando
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 81 ページ: 094402-1-12
  • 査読あり
• [雑誌論文] Co-concentration dependence of half-metallic properties in Co-Mn-Si epitaxial films (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Sakuraba, N. Hirose, M. Oogane, T. Nakamura, Y. Ando, and K. Takanashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 96 ページ: 092511-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magneto resistance and Structure of MgO-Based Magnetic Tunnel Junctions with Perpendicularly Magnetized L1_0-FePt (2010)
  • 著者名/発表者名: N. Inami, H. Naganuma, T. Hiratsuka, G. Kim, T. Miyazaki, K. Sato, T. J. Konno, M. Oogane, Y. Ando, J. Magn
  • 雑誌名: J. Magn. Soc. Jpn. 巻: 34 ページ: 293-296
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial growth of Co_2MnSi thin films at the vicinal surface of n-Ge (111)substrate (2010)
  • 著者名/発表者名: M. A. I. Nahid, M. Oogane, H. Naganuma, and Y. Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 96 ページ: 142501-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Reproducible trajectory on sub nanosecond spin-torque magnetization switching under a zero-bias field for MgO-based ferromagnetic tunnel junctions (2010)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Aoki, Yasuo Ando, Mikihiko Oogane, and Hiroshi Naganuma
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 96 ページ: 142502-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gilbert damping in perpendicularly magnetized Pt/Co/Pt films investigated by all-optical pump-probe technique (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, E. P. Sajitha, D. Watanabe, F. Wu, T. Miyazaki, H. Naganuma, M. Oogane, and Y. Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 96 ページ: 152502-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of perpendicularly magnetized magnetic tunnel junctions with L1_0-CoPt/Co_2MnSi hybrid electrode (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Hiratsuka, G. Kim, Y. Sakuraba, T. Kubota, K. Kodama, N. Inami, H. Naganuma, M. Oogane, T. Nakamura, K. Takanashi, and Y. Ando
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 107 ページ: 09C714-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Structural and Magnetic Properties of Perpendicular Magnetized Mn_2. 5Ga Epitaxial Films (2010)
  • 著者名/発表者名: F. Wu, S. Mizukami, D. Watanabe, E. P. Sajitha, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: IEEE Trans. Magn. 巻: 46 ページ: 1863-1865
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gilbert magnetic damping constant of epitaxially grown Co-based Heusler alloy thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: M. Oogane, T. Kubota, Y. Kota, S. Mizukami, H. Naganuma, A. Sakuma, and Y. Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 96 ページ: 252501-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Band-Structure-Dependent Demagnetization in the Heusler Alloy Co_2Mn_<1-x> Fe_xSi (2010)
  • 著者名/発表者名: Daniel Steil, Sabine Alebrand, Tobias Roth, Michael Krauss, Takahide Kubota, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando, Hans Christian Schneider, Martin Aeschlimann, and Mirko Cinchetti
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 105 ページ: 217202-1-4
  • 査読あり
• [雑誌論文] Low damping constant for Co_2FeAl Heusler alloy films and its correlation with density of states (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, M. Oogane, Y. Ando, Y. Miura, M. Shirai, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 105 ページ: 07D306-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Half-metallicity and Gilbert damping constant in Co_2FexMn_<1-x> Si Heusler alloys depending on the film composition (2009)
  • 著者名/発表者名: Takahide Kubota, Sumito Tsunegi, Mikihiko Oogane, Shigemi Mizukami, Terunobu Miyazaki, Hiroshi Naganuma, and Yasuo Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 94 ページ: 122504-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Determination of Penetration Depth of Transverse Spin Current in Ferromagnetic Metals by Spin Pumping (2008)
  • 著者名/発表者名: T. Taniguchi, S. Yakata, H. Imamura, Y. Ando
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 1 ページ: 031302-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunneling magnetoresistance of magnetic tunnel junctions using perpendicular magnetization L1_0-CoPt electrodes (2008)
  • 著者名/発表者名: G. Kim, Y. Sakuraba, M. Oogane, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 92 ページ: 172502-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gilbert Damping for Various Ni_<80> Fe_<20> Thin Films Investigated Using All-Optical Pump. Probe Detection and Ferromagnetic Resonance (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, H. Abe, D. Watanabe, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 1 ページ: 121301-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Penetration Depth of Transverse Spin Current in Ferromagnetic Metals (2008)
  • 著者名/発表者名: Tomohiro Taniguchi, Satoshi Yakata, Hiroshi Imamura, Yasuo Ando
  • 雑誌名: IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS 巻: 44 ページ: 2636-2639
  • 査読あり
• [学会発表] Magnetization Dynamics and Damping in Magnetic Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, F. Wu, T. Kubota, H. Naganuma, M. Oogane, A. Sakuma, Y. Ando, and, T. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies (ICAUMS2010)
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2010-12-07
• [学会発表] New Heusler alloy films with high-magnetic anisotropy for spintronics devices (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, F. Wu, D. Watanabe, T. Kubota, X. Zhang, T. Miyazaki, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando and A. Sakuma
  • 学会等名: International Conference of Nanoscale Magnetism (ICNM2010)
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2010-09-30
• [学会発表] All-optical detection of magnetization dynamics in perpendicularly magnetized CoCrPt alloy films (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, F. Wu, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-16
• [学会発表] Influence of Composition on Structure and Magnetic Properties of Mn-Ga Alloy Films (2010)
  • 著者名/発表者名: F. Wu, S. Mizukami, D. Watanabe, E. P. Sajitha, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-14
• [学会発表] Measurement of spin penetration depth in various ferromagnetic materials by spin-pumping effect (2010)
  • 著者名/発表者名: T. Tamagawa, T. Taniguchi, S. Yakata, H. Imamura, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-14
• [学会発表] CPP-GMR devices using Co_2Fe_<0. 4> Mn_<0. 6> Si Heusler alloy (2010)
  • 著者名/発表者名: J. Sato, T. Kubota, M. Oogane, H. Naganuma, and Y. Ando
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-13
• [学会発表] Fabrication of Magnetic Tunnel Junction with Out-of-plane free Layer (2010)
  • 著者名/発表者名: G. Kim, H. Naganuma, N. Inami, M. Oogane and Y. Ando
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-13
• [学会発表] RF emission properties of CPP-GMR devices with a bottom free layer and a top pin layer (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Kawada, H. Naganuma, M. Oogane, S. Mizukami, T. Miyazaki, Y. Ando
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications
  • 発表場所: Sendai, Japan
  • 年月日: 2010-07-13
• [学会発表] Gilbert Damping Mechanisms in Half-metallic Heusler Alloys (invited) (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami
  • 学会等名: American Physical Society March Meeting 2010
  • 発表場所: Portland OR, USA
  • 年月日: 2010-03-19
• [学会発表] Spin dynamics for Heusler alloy films (invited) (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, J. Walowski, T. Kubota, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 4th International Workshop on Spin Currents & 2nd International Workshop on Spincaloritoronics
  • 発表場所: Sendai Japan
  • 年月日: 2010-02-10
• [学会発表] Gilbert damping and its mechanism for Co-based full Heusler alloy thin films (invited) (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, M. Oogane, T. Kubota, S. Tsunegi, H. Naganuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 11th Joint MMM-Intermag conference
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2010-01-21
• [学会発表] Magnetization Dynamics in CoFeB Buffered Perpendicularly Magnetized Co/Pd Multilayer (2010)
  • 著者名/発表者名: E. P. Sajitha, J. Walowski, D. Watanabe, F. Wu, S. Mizukami, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 学会等名: 11th Joint MMM-Intermag conference
  • 発表場所: Washington DC, USA
  • 年月日: 2010-01-21
• [学会発表] Optical Study on Fast Magnetization Dynamics in Perpendicularly Magnetized Pt/Co/Pt Trilayer Films (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, E. P. Sajitha, D. Watanabe, F. Wu, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 2009 International Conference on Solid State Devices and Materials
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2009-10-09
• [学会発表] Ultrafast Demagnetization for Ni_<80> Fe<20> and Half-metallic Co_2MnSi Heusler Alloy Films (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, S. Tsunegi, T. kubota, M. Oogane, D. Watanabe, H. Naganuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference on Magnetism 2009
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2009-07-28
• [学会発表] Fabrication of Thin L_<10>-Condit Film with Low Saturation Magnetization (2009)
  • 著者名/発表者名: G. Kim, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando
  • 学会等名: International Conference on Magnetism 2009
  • 発表場所: Karlsruhe, Germany
  • 年月日: 2009-07-27
• [学会発表] Tunneling magnetoresistance of magnetic tunnel junctions using perpendicular magnetization L_<10>-Condit electrodes (2009)
  • 著者名/発表者名: G. Kim, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando
  • 学会等名: Joint Workshop of DFG Research Unit 559and JST Strategic Japanese-German Cooperative Programme
  • 発表場所: Diemerstein, Germany
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Gilbert damping in Heusler alloy (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami
  • 学会等名: Joint Workshop of DFG Research Unit 559and JST Strategic Japanese-German Cooperative Programme
  • 発表場所: Diemerstein, Germany
  • 年月日: 2009-07-26
• [学会発表] Fabrication of magnetic tunnel junction using/L/_<10>-Condit, with low saturation magnetization (2009)
  • 著者名/発表者名: G. Kim, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2009-07-22
• [学会発表] Fast magnetization dynamics in perpendicularly magnetized Pt/Co/Pt films measured by all-optical pump-probe technique (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, F. Wu, M. Oogane, H. Naganuma, Y. Ando, T. Miyazaki
  • 学会等名: 20th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces
  • 発表場所: Berlin, Germany
  • 年月日: 2009-07-20
• [学会発表] Perspective of High Tunnel Magnetoresistance in Magnetic Tunnel Junctions with Heusler Alloy Electrodes and MgO Barrier (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Ando, S. Tsunegi, T. Kubota, G. Kim, T. Hiratsuka, Y. Sakuraba, M. Oogane, K. Takanashi, S. Mizukami, T. Miyazaki
  • 学会等名: Tohoku-York Research Seminar
  • 発表場所: Sendai, January
  • 年月日: 2009-01-20
• [学会発表] Low damping constant for Co_2FeAl Heusler alloy films and its correlation with density of states (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, M. Oogane, Y. Ando, Y. Miura, M. Shirai, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 53^<rd> Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Austin
  • 年月日: 20081110-14
• [図書] スピンポンピングと磁化ダイナミクス, スピントロニクスの基礎と材料・応用技術の最前線, 第5章 (2009)
  • 著者名/発表者名: 安藤康夫
  • 総ページ数: 60-74
  • 出版者: シーエムシー
• [備考]
  • URL: http://www.apph.tohoku.ac.jp/spin/
• [産業財産権] ホイスラー合金電極磁気抵抗素子 (2011)
  • 発明者名: 大兼幹彦, 永沼博, 安藤康夫, 佐藤丈
  • 権利者名: 大兼幹彦, 永沼博, 安藤康夫, 佐藤丈
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-051678
  • 出願年月日: 2011-03-09