| 研究課題/領域番号 |
25220910
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981)
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| 研究分担者 |
BAUER Gerrit 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (10620213)
白井 正文 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| キーワード | 磁性材料 / スピンエレクトロニクス |
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| 研究実績の概要 |
次世代の情報通信技術を担う新しいエレクトロニクスとしてスピントロニクスが注目されている。スピントロニクスで使用されている磁性材料は、主としてランダム合金であるため性能に限界がある。我々は規則合金に着目し、高スピン分極材料としてL21型ホイスラー合金、高磁気異方性材料としてL10型規則合金を用いて、スピントロニクス機能の探求を行ってきた。本研究ではこれまでの実績を踏まえ、より一層の高機能化、多機能化を目指して、C1b型ホイスラー合金およびL11型規則合金に着目し、新たな材料展開を図る。さらに、熱磁気効果を融合させたスピンカロリトロニクスにも着目し、機能性探求の新展開として、規則合金を用いた高いスピンカロリトロニクス機能の創出を目指す。本年度は、ホイスラー合金を用いたCPP-GMRの向上と高いスピン注入効率の実現のため、Co系5元ホイスラー合金薄膜作製の条件探索を行った結果、エピタキシャル薄膜の作製に成功した。また、Co2Fe0.5Mn0.5Al0.5Si0.5の組成において、ハーフメタル性を示唆する負の異方性磁気抵抗効果が得られることを明らかにした。続いて、高いスピン分極率と低い磁気ダンピング定数を有する多機能合金の開発のため、Co/Ni(111)人工格子の作製を行った。下地層の最適化を行うことにより、エピタキシャル成長したCo/Ni人工格子の作製に成功した。面内の配向制御を行っていないテクスチャーのCo/Ni薄膜と比較して、エピタキシャル成長させることにより磁気異方性が向上し、ダンピング定数が低下した。1原子層ずつ交互に積層したCo/Ni人工格子においても垂直磁気異方性が得られ、[111]に積層した規則合金の形成が示唆された。さらに、様々な規則合金薄膜の異常ネルンスト効果の測定を行った結果、ネルンスト効果の大きさは、おおむね磁気異方性と正の相関を示すことが分かった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Co/Ni多層膜などのL11型規則合金の作製のための条件探索とその理論設計や、大きな異常ネルンスト効果を得るための様々な規則合金における異常ネルンスト効果の系統的な特性評価などがほぼ計画通りに進んでいる。また、ホイスラー合金を用いたCPP-GMRの向上と高いスピン注入効率の実現のため、5元系高性能ホイスラー合金薄膜の作製に関する条件探索も進んでおり、その進捗度もおおむね順調であるため。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、CPP-GMRの向上と高いスピン注入効率の実現のため、対象をC1b型ホイスラー合金にも拡張し、NiMnSbやCoMnSbなどの物質の作製も行う。Co/Ni(111)人工格子については、第一原理計算より明らかになった、規則度や格子歪みが磁気異方性に与える影響やL11構造の安定性について実験結果との比較検討を行い、1,000,000 J/m3を超える磁気異方性と0.01以下のダンピング定数という目標値の実現を目指す。また、対象をFe/Co(111)人工格子にも拡張し、L11系合金薄膜の総合的な特性評価を行う。さらに、これらの薄膜について、異常ネルンスト効果を系統的に調べ、熱磁気効果の理論と実験結果とを比較することで機構の解明に迫る。
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