新垂直磁化トンネル接合の創製とスピン注入磁化反転

2010 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 21246001
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 宮崎 照宣 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (60101151)
• 研究分担者: 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) ; 大兼 幹彦 東北大学, 大学院・工学研究科, 准教授 (50396454)
• キーワード: 垂直磁化膜 / Mn-Ga薄膜 / 垂直磁気異方性 / ダンピング定数 / MRAM / TMR比 / L1_0-FePtエピタキシャル膜 / Ni/Co多層膜

研究概要

Gbitクラスの大容量MRAMを実現するためには、メモリセルの磁性電極として、1.大きな垂直磁気異方性を示す。2.トンネル接合の磁気抵抗比(TMR)として約100%を示す。3.ダンピング定数が小さいことが望まれる。今年度はこのような観点からMn-Ga電極トンネル素子のTMR比と二三の垂直磁化膜のダンピング定数を系統的に調べた。
Mn-GaのTMRについて
Mn-Ga/MgO/CoFeトンネル接合をMn-GaがDO_<22>とL1_0の二つの組成について作製しTMR比を調べた。DO_<22>のTMR比の方がL1_0のそれに較べてやや大きく、10Kで22%,300Kで9.8%であった。このようにTMR比の値が期待値(100%)に較べて小さい理由について考察した。
ダンピング定数αについて
Mn_<3-δ>Ga薄膜
δ=0.88(DO_<22>)でα=0.015
δ=1.46(L1_0)でα=0.008
であった。またいずれの組成でも垂直磁気異方性定数Ku=15Merg/ccであった。このような垂直磁気異方性が大きく且つダンピング定数の小さい合金薄膜ははじめての報告であり、その原因について理論計算の結果と比較しながら考察した。
L1_0FePt合金膜α=0.06
Ni/Co多層膜α=0.04-0.08であった。

研究成果

• [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, T.Miyazaki
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 巻: 106 ページ: 117201.1-4
  • 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: T.Kubota, Y, Miura, D.Watanabe, S.Mizukami, F.Wu, H.Naganuma, X.Zhang, M.Oogane, M.Shirai, Y.Ando, T.Miyazaki
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: 4 ページ: 043002.1-3
  • 査読あり
• [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, Y.Ando
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 98 ページ: 052501.1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Gilbert Damping in Ni/Co Multilayer Films Exhibiting Large Perpendicular Magnetic Anisotropy (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Mizukami, X.Zhang, T.Kubota, H.Naganuma, M.Oogane, Y.Ando, T.Miyazaki
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: 4 ページ: 013005.1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Influence of composition on structure and magnetic properties of epitaxial Mn-Ga films (2011)
  • 著者名/発表者名: F.Wu, S.Mizukami, D.Watanabe, H.Naganuma, M.Oogane, Y.Ando, T.Miyazaki
  • 雑誌名: J.Phys.Conf.Series 巻: 266 ページ: 012112.1-5
  • 査読あり
• [雑誌論文] Laser-Induced Fast Magnetization Precession and Gilbert damping for CoCrPt Alloy Thin Films with Perpendicular Magnetic Anisotropy (2010)
  • 著者名/発表者名: S.Mizukami, D.Watanabe, T.Kubota, X.Zhang, H.Naganuma, M.Oogane, Y.Ando, T.Miyazaki
  • 雑誌名: Appl.Phys.Express 巻: 3 ページ: 123001.1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] 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, S.Mizukami, F.Wu, H.Naganuma, M.Oogane, Y.Ando, T.Miyazaki
  • 雑誌名: IEEE Trans.Magn 巻: 46 ページ: 2056-2059
  • 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, Y.Ando
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 96 ページ: 152502-04
  • 査読あり
• [雑誌論文] 磁気メモリ総論 (2010)
  • 著者名/発表者名: 宮崎照宣、水上成美、渡邉大輔、フエンウ
  • 雑誌名: まぐね(日本磁気学会誌) 巻: 5 ページ: 164-170
  • 査読あり
• [学会発表] L10-MnGa垂直磁化薄膜を用いたトンネル接合における磁気抵抗効果 (2011)
  • 著者名/発表者名: 窪田崇秀, 洗平昌晃, 三浦良雄, 水上成美, 永沼博, 大兼幹彦, 安藤康夫, 白井正文, 塚田捷, 宮崎照宣
  • 学会等名: 第71回応用物理学会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] 垂直磁化Ni/Co多層膜のスピン才差運動の光学的検出 (2011)
  • 著者名/発表者名: 水上成美, 永沼博, 大兼幹彦, 安藤康夫, 宮崎照宣
  • 学会等名: 第71回応用物理学会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2011-03-25
• [学会発表] Magnetoresistance Effect in Tunnel Junctions with Perpendicularly Magnetized MnGa Film (2010)
  • 著者名/発表者名: T.Kubota, D.Watanabe, F.Wu, S.Mizukami, H.Naganuma, X.Zhang, M.Oogane, A.Sakuma, Y.Ando, T.Miyaza
  • 学会等名: 55th International Conference of Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Atlanta, USA
  • 年月日: 20101114-20101118
• [学会発表] CoCrPt垂直磁化合金膜のスピンダイナミクス (2010)
  • 著者名/発表者名: 水上成美, 渡邉大輔, 永沼博, 大兼幹彦, 安藤康夫, 宮崎照宣
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] 強磁性/半金属Fe_2VAl/強磁性接合における磁気抵抗効果の中間層膜厚依存性 (2010)
  • 著者名/発表者名: 窪田崇秀, 大兼幹彦, 水上成美, 永沼博, 安藤康夫, 宮崎照宣
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎
  • 年月日: 20100914-20100917
• [学会発表] D0_<22>-MnGa薄膜を用いた強磁性トンネル接合における磁気抵抗効果 (2010)
  • 著者名/発表者名: 窪田崇秀, 渡邉大輔, F.Wu, 水上成美, 永沼博, X.Zhang, 大兼幹彦
  • 学会等名: 第34回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20100904-20100907
• [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 (ISAMMA2010)
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20100712-20100716
• [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, T.Miyazaki
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Applications (ISAMMA2010)
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 20100712-20100716
• [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, T.Miyazaki
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies (ICAUMS2010)
  • 発表場所: Jeju, Korea(Invited)
  • 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, A.Sakuma
  • 学会等名: International Conference of Nanoscale Magnetism (ICNM2010)
  • 発表場所: Gebze/Istanbul, Turkey(Invited)
  • 年月日: 2010-09-30
• [学会発表] Development of tunnel magnetoresistance effect (2010)
  • 著者名/発表者名: Terunobu Miyazaki
  • 学会等名: Special Lecture in Jilin University
  • 発表場所: Jilin University, China(Invited)
  • 年月日: 2010-08-20
• [学会発表] Heusler Alloy Films for Spintronics Materials (2010)
  • 著者名/発表者名: Terunobu Miyazaki
  • 学会等名: Special Lecture in Institute of Physics, Chinese Academy of Science
  • 発表場所: Beijing, China(Invited)
  • 年月日: 2010-08-19
• [備考] プレスリリース
  • URL: http://www.tohoku.ac.jp/japanese/2011/03/press20110330-1.html
• [産業財産権] 磁気抵抗効果素子およびそれを用いた磁気ランダムアクセスメモリ (2011)
  • 発明者名: 宮崎, 他13名
  • 権利者名: 東北大, 他
  • 産業財産権番号: 特許特願2011-068868
  • 出願年月日: 20110300