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2014 年度 実績報告書

スピネル型結晶構造を有する室温動作ハーフメタリック強磁性トンネル接合の創製

研究課題

研究課題/領域番号 25790039
研究機関東北大学

研究代表者

新関 智彦  東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (40567749)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード酸化物 / スピネル / フェライト / マグネタイト / ハーフメタル / トンネル磁気抵抗効果
研究実績の概要

スピネル型結晶構造を有する室温動作ハーフメタリック強磁性トンネル接合の創製に向けて、その要素技術の確立を目指した研究を行った。
これまで、高品質なスピネル型フェライト薄膜を作製する上で基板や各層の結晶性には注目されてきたが、その平坦性にまで踏み込んだ研究例は少なかった。今回、MgO基板の高温熱処理を行い、不純物の析出を極力抑えながら表面を原子層レベルまで平坦化することに成功した。さらに、その上部に前年度見出したMgTi2O4 (MTO)下地層を用いてマグネタイト(Fe3O4)薄膜を形成し、その作製条件を最適化した。その結果、平均自乗面粗さが0.1 nmという超平滑な表面を有する高品質なFe3O4薄膜を得た。続いて障壁層としてMTOを作製し、その結晶性および表面平坦性を調べた結果、下部のFe3O4と同等の平坦性を保っていることが分かった。上部Fe3O4層は下部Fe3O4と下地の材料が共通であるため、作製条件の最適化は不要である。以上よりスピネル型強磁性トンネル接合を構成する各層に関して十分な平坦性を実現することに成功した。
一方、MTO障壁層を形成した場合、下部Fe3O4の磁気特性が著しく劣化することが分かった。この原因としてMTOの成膜に際し高温の基板加熱が必要であるため、Fe3O4中のFeイオンを他のカチオンが置換している可能性が疑われた。そこで、この試料を質量分析によって調べた結果、MTO中のMgが拡散し、下部Fe3O4の磁気特性を変化させていることが判明した。今後はMgを含まないか、含んでいてもより低温での形成が可能な障壁層材料の探索が不可欠であると分かった。
最後に上部Fe3O4の磁化をピン止めする層としてCoFe2O4薄膜の研究も行い、その磁気異方性、面内磁化膜の形成法、接合のキャップ層であるPtとの二層膜の特性についても調べ、各種の知見を得た。
以上の結果を複数の論文にまとめ、Applied Physics Letters誌等に掲載された。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 謝辞記載あり 3件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (5件)

  • [雑誌論文] Vacancy-site existence in Fe-rich cobalt ferrite epitaxial thin films revealed by x-ray magnetic circular dichroism2015

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Yuji Utsumi, Makoto Myoka, Hideto Yanagihara, Jun-ichiro Inoue, Goro Shibata, Toshiharu Kadono, Masako Sakamaki, Kenta Amemiya, Tsuneharu Koide, and Eiji Kita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Magnetic properties of cobalt ferrite (001) films grown on spinel-type buffer layers2015

    • 著者名/発表者名
      Yuki Hisamatsu, Tomohiko Niizeki, Hideto Yanagihara, and Eiji Kita
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: - ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Extraordinarily large perpendicular magnetic anisotropy in epitaxially strained cobalt- ferrite CoxFe3xO4(001) (x=0.75, 1.0) thin films2014

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Yuji Utsumi, Ryohei Aoyama, Hideto Yanagihara, Jun-ichiro Inoue, Yuichi Yamasaki, Hironori Nakao, Kazuyuki Koike, and Eiji Kita
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 103 ページ: 162407

    • DOI

      10.1063/1.4824761

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial thin films2014

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Takashi Kikkawa, Ken-ichi Uchida, Mineto Oka, Kazuya Z. Suzuki, Hideto Yanagihara, Eiji Kita, and Eiji Saitoh
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 5 ページ: 053603

    • DOI

      10.1063/1.4916978

    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Longitudinal spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial thin films with different preferential axes2015

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Takashi Kikkawa, Ken-ichi Uchida, Mineto Oka, Kazuya Z. Suzuki, Hideto Yanagihara, Eiji Kita, and Eiji Saitoh
    • 学会等名
      20th International Conference on Magnetism
    • 発表場所
      Barcelona (Spain)
    • 年月日
      2015-07-05 – 2015-07-10
  • [学会発表] Observation of spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial film2015

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Takashi Kikkawa, Ken-ichi Uchida, Mineto Oka, Kazuya Z. Suzuki, Hideto Yanagihara, Eiji Kita, and Eiji Saitoh
    • 学会等名
      The AIMR International Symposium 2015 (AMIS2015)
    • 発表場所
      Sendai International Center (Japan)
    • 年月日
      2015-02-17 – 2015-02-19
  • [学会発表] Observation of longitudinal spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial thin film2014

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Takashi Kikkawa, Ken-ichi Uchida, Eiji Saitoh, Mineto Oka, Kazuya Z. Suzuki, Hideto Yanagihara, and Eiji Kita
    • 学会等名
      59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      Honolulu (Hawaii)
    • 年月日
      2014-11-03 – 2014-11-07
  • [学会発表] Observation of spin-Seebeck effect in cobalt-ferrite epitaxial thin film2014

    • 著者名/発表者名
      Tomohiko Niizeki, Takashi Kikkawa, Ken-ichi Uchida, Eiji Saitoh, Mineto Oka, Kazuya Z. Suzuki, Hideto Yanagihara, and Eiji Kita
    • 学会等名
      第75回 日本応用物理学会 秋季講演会
    • 発表場所
      北海道大学 (北海道)
    • 年月日
      2014-09-17 – 2014-09-20
  • [学会発表] 高垂直磁気異方性コバルトフェライト (001) 薄膜におけるカチオン価数・サイト分布2014

    • 著者名/発表者名
      新関智彦, 内海優史, 柳原英人, 井上順一郎, 芝田悟朗, 門野利治, 酒巻真粧子, 雨宮健太, 小出常晴, 喜多英治
    • 学会等名
      第38回 日本磁気学会学術講演会
    • 発表場所
      慶應義塾大学 日吉キャンパス (神奈川県)
    • 年月日
      2014-09-02 – 2014-09-05

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公開日: 2016-06-01  

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