垂直磁化トンネル接合の創製とスピン注入磁化反転

2011 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 21246001
• 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: 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, 准教授 (00339269) ; 大兼 幹彦 東北大学, 工学研究科, 准教授 (50396454)
• 研究期間 (年度): 2009 – 2011
• キーワード: スピントロニクス / 磁気メモリ / トンネル接合 / TMR比

研究概要

将来の高密度磁気メモリ対応のメモリセル材料を開発することを目的とし、単結晶Mn_xGa_<1-x>(0. 5≦x≦0. 75)合金薄膜について、メモリセルとして必要な磁気特性(飽和磁化M_s、垂直磁気異方性Kuおよびギルバードダンピング定数.)を調べた。M_sはxの増加に伴って600emu/ccから200emu/ccに直線的に減少した。これに対してK_uの減少はわずかで、15Merg/ccから10Merg/ccの変化である。ダンピング定数. はMn_<1. 54> Ga(Mn_<2. 12> Ga)の組成で0. 08 (0. 015)であった。これ等の特性はメモリ材料として要求される特性を満足している、
更に、Mn-Ga 合金膜を電極としたトンネル接合を作製し、10 Kと300 Kで磁気抵抗効果(TMR)を調べた。Mn-Ga 電極とトンネル障壁(MgO)の間に僅かのFe(Co)を挿入することにより、室温で60(40)%のTMR 比を得た。この値については更に向上させる必要がある。

研究成果

• [雑誌論文] Annealing temperature and Co layerthickness dependence ofmagnetoresistance effect forL10-MnGa/Co/MgO/CoFeB perpendicularmagnetic tunnel junctions Q. L. Ma (2012)
  • 著者名/発表者名: T. Kubota, S. Mizukami, X. M. Zhang, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando and T. Miyazaki
  • 雑誌名: accepted to IEEE
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence of magneticproperties in perpendicularlymagnetized epitaxial thin films of Mn-Gaalloys (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, T. Kubota, F. Wu, X. Zhang, H. Naganuma, M. Oogane, A. Sakuma, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Phys. Rev 巻: B85 ページ: 014416
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fabrication of L10-MnAlperpendicularly magnetized thin filmsfor perpendicular magnetic tunneljunctions (2012)
  • 著者名/発表者名: Masaki Hosoda, MikihikoOogane, Miho Kubota, Takahide Kubota, Haruaki Saruyama, Satoshi Iihama, Hiroshi Naganuma, and Yasuo Ando
  • 雑誌名: J. Appl. Phys 巻: 111 ページ: 07A324
  • 査読あり
• [雑誌論文] Long-Lived Ultrafast Spin Precessionin Manganese Alloys Films with a LargePerpendicular 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: Rev. Lett 巻: 106 ページ: 117201
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence ofmagnetoresistance effect and itsannealing endurance in tunnel junctionsusing Mn-Ga high perpendicular magneticanisotropy electrode (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kubota, M. Araidai, S. Mizukami, X. Zhang, Q. Ma, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, M. Tsukada, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 99 ページ: 192509
  • 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, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 4 ページ: 043002
  • 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, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 4 ページ: 013005
  • 査読あり
• [雑誌論文] Time-resolved Kerr effect for very thin films of CoCrPt Alloy, S. Mizukami (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, T. Kubota, X. Zhang, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: IEEE Trans. Magn 巻: 47 ページ: 3897
  • 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, and T. Miyazaki
  • 雑誌名: J. Phys. Conf. Series 巻: 266 ページ: 012112
  • 査読あり
• [雑誌論文] Epitaxial Mn_<2. 5> Ga thin films with giant perpendicular magnetic anisotropy for spintronic devices (2009)
  • 著者名/発表者名: Feng Wu, Shigemi Mizukami, Daisuke Watanabe, Hiroshi Naganuma, Mikihiko Oogane, Yasuo Ando, and Terunobu Miyazaki
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 48 ページ: 122503
  • 査読あり
• [学会発表] Tetragonal Heusler-like alloy films with perpendicular magnetic anisotropy for spin torque applications (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami and T. Miyazaki
  • 学会等名: Spring Meeting in German Physical Society (DPG spring meeting)
  • 発表場所: Berlin
  • 年月日: 2012-03-29
• [学会発表] Perpendicularly Magnetized Tetragonal Heusler-like Alloy Films for Spin Torque Applications (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, T. Kubota, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 56th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Scottsdale/Arizona, USA
  • 年月日: 2011-10-31
• [学会発表] Magnetoresistance Effect in L1_0-MnGa/MgO/CoFe Junctions (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Kubota, M. Araidai, Y. Miura, S. Mizukami, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, M. Shirai, M. Tsukada, and T. Miyazaki
  • 学会等名: 5th International Workshop of Spin Currents
  • 発表場所: Sendai
  • 年月日: 2011-07-27
• [学会発表] Time-resolved Kerr effect in very thin films of CoCrPt alloy (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Mizukami, D. Watanabe, T. Kubota, X. Zhang, H. Naganuma, M. Oogane, Y. Ando, and T. Miyazaki
  • 学会等名: International Conference of Magnetics 2011 (Intermag2011)
  • 発表場所: Taipei
  • 年月日: 2011-04-28
• [学会発表] Heusler alloy electrode tunnel junction (2010)
  • 著者名/発表者名: Terunobu Miyazaki, Daisuke Watanabe, Shigemi Mizukami and Feng Wu, Takahide Kubota, Sumito Tsunegi, Hiroshi Nagahama, Mikihiko Oogane and Yasuo Ando
  • 学会等名: German Physical Society
  • 発表場所: Regensburg
  • 年月日: 2010-03-22
• [図書] The Physics of Ferromagnetism (2012)
  • 著者名/発表者名: Terunobu Miyazaki and Jin Hanmin
  • 総ページ数: 250
  • 出版者: Springer(印刷中)
• [備考]
  • URL: http://www.wpi-aimr. tohoku.ac.jp/miyazaki_labo/
• [産業財産権] 組成変調型Mn系垂直MTJ材料 (2012)
  • 発明者名: 加藤侑志、宮崎照宣, 他
  • 権利者名: 東北大学、東芝(株)
  • 産業財産権番号: 特許、特願2012-064344
  • 出願年月日: 2012-03-21
• [産業財産権] 磁気抵抗素子およびそれを用いたランダムアクセスメモリ (2011)
  • 発明者名: 宮崎照宣, 他13名
  • 権利者名: 東北大学、東芝(株)、産総研
  • 産業財産権番号: 特許、特願2011-068868
  • 出願年月日: 2011-03-25