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2022 年度 実績報告書

ホイスラー合金巨大磁気抵抗センサにおける低磁歪・低磁気ノイズの実現

研究課題

研究課題/領域番号 20K04588
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

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)

研究分担者 遠藤 恭  東北大学, 工学研究科, 教授 (50335379)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
キーワードトンネル磁気抵抗 / 巨大磁気抵抗 / ホイスラー合金 / 磁気センサ / ノイズ
研究実績の概要

2022年は巨大磁気抵抗(GMR)センサおよび、トンネル磁気抵抗(TMR)センサの低周波1/fノイズ特性を中心に研究した。2021年に確立した、ほとんど磁気ヒステリシスのない、偶関数的な抵抗-磁場特性を示すTMR素子に対し、外部から交流磁場を印加することによる交流変調対するTMRセンサの低周波ノイズ特性の変化を詳細に調べた。

その結果、1/fノイズについての2つの重要な知見を得た。(1)まず、磁化の熱ゆらぎによる1/fノイズ成分は、交流変調磁場によって高周波に変調されるため、この方法では低減することはできない。(2) 一方、結晶特にMgOトンネルバリア中の欠陥におけるよる1/fノイズ(電気的1/fノイズ)は交流変調によって効果的に抑制される。これは、磁化は磁場に対して感受性をもつ一方、結晶欠陥による1/fノイズに磁場によって影響を受けないためであり、今後の高感度磁気抵抗センサの開発にとって有用な基礎的知見である。

また、上記で用いたTMRセンサは、自由層が微弱にピンされているソフトピン構造を用いているが、この構造をさらに改良することにより、MgOトンネルバリアの両側の強磁性層がソフトピンされた自由層である、dual soft-pinned free layerセンサを開発した。これは、自由層の磁気特性の調整によって、高感度センサのみならず、位置・回転検出用磁気センサとして利用できるものであり、幅広い産業応用が期待される。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件、 招待講演 1件) 図書 (1件) 産業財産権 (3件)

  • [雑誌論文] Tunnel magnetoresistance sensors with symmetric resistance-field response and noise properties under AC magnetic field modulation2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakatani, Hirofumi Suto, Prabhanjan D. Kulkarni, Hitoshi Iwasaki, and Yuya Sakuraba
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 121 ページ: 192406

    • DOI

      10.1063/5.0119677

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tunnel magnetoresistance sensors with dual soft-pinned free layers exhibiting highly symmetric resistance-field response curves2022

    • 著者名/発表者名
      Tomoya Nakatani, and Hitoshi Iwasaki
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 132 ページ: 223904

    • DOI

      10.1063/5.0132173Submitted:

    • 査読あり
  • [学会発表] Noise characteristics of tunnel magnetoresistance sensors under AC modulation field2023

    • 著者名/発表者名
      中谷友也、首藤浩文、Prabhanjan D. Kulkarni、岩崎仁志、桜庭裕弥
    • 学会等名
      2023年応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] AC magnetic field modulation on tunnel magnetoresistance sensors with even-function resistance-field response2023

    • 著者名/発表者名
      中谷友也、首藤浩文、Prabhanjan D. Kulkarni、岩崎仁志、桜庭裕弥
    • 学会等名
      Intermag 2022
    • 国際学会
  • [学会発表] FeCoNi/Cu多層膜GMRにおけるNiFeCr下地層組成の効果2022

    • 著者名/発表者名
      Prabhanjan D. Kulkarni,中谷友也,Zehao Li, 佐々木泰祐,桜庭裕弥
    • 学会等名
      第46回 日本磁気学会学術講演会
  • [学会発表] HDD再生ヘッド技術の将来展望2022

    • 著者名/発表者名
      中谷友也
    • 学会等名
      日本磁気学会 第8回 岩崎コンファレンス
    • 招待講演
  • [図書] スピントロニクスハンドブック2023

    • 著者名/発表者名
      中谷友也
    • 総ページ数
      7
    • 出版者
      (株)エヌ・ティー・エス
    • ISBN
      978-4-86043-842-5
  • [産業財産権] 磁気センサ2022

    • 発明者名
      クルカルニ プラバンジャン ディリプ、岩崎仁志、中谷友也
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-065484
  • [産業財産権] 磁気接合、TMR素子、TMR素子アレイ、及びこれらを用いた磁気センサ、並びにこれらを用いたリニアエンコーダ用磁気センサ又は磁気式ロータリーエンコーダ2022

    • 発明者名
      中谷友也、岩崎仁志
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-127029
  • [産業財産権] TMR素子を用いた磁気センサ、並びにこれを用いたリニアエンコーダ用 磁気センサ又は磁気式ロータリーエンコーダ2022

    • 発明者名
      岩崎仁志、中谷友也
    • 権利者名
      国立研究開発法人物質・材料研究機構
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      特願2022-204231

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公開日: 2023-12-25  

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