ハーフメタルホイスラー合金を用いた人工ナノ構造における磁気伝導の研究

2005 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05F05366
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 高梨 弘毅 東北大学, 金属材料研究所, 教授
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): WANG Hai 東北大学, 金属材料研究所, 外国人特別研究員
• Keywords: ハーフメタル / ホイスラー合金 / 人工ナノ構造 / スピンエレクトロニクス / 磁気伝導 / 磁気抵抗効果

Research Abstract

スピンエレクトロニクス分野において、高品位ハーフメタルの合成は重要な課題であり、現在世界中で活発に研究が行われている。特に最近では、比較的大きなトンネル磁気抵抗効果の発現が報告されたフルホイスラー合金が注目を集めている。本研究では、明瞭なハーフメタル性の発現が期待されるフルホイスラー合金の一つであるCo2MnSiに関して、高品位化のための研究を行った。基板にはMgO単結晶を用い、CrやAuのエピタキシャル成長膜をバッファー層に用いた。
超高真空スパッタを用いた研究では、成長温度の最適化やバッファー層の効果に関して実験を行った。薄膜試料の断面電子顕微鏡像から、300℃程度の基板加熱を行って成長させた場合には、ほぼ100%の体積分率でL21構造が得られることが分かった。一方、室温成長の場合には、L21相とB2相が混在することが分かった。バッファー層に関しては、Crバッファー層よりもAuバッファー層を用いた方が平坦性に優れた薄膜を得ることができた。また、隣接するCr層からのCrの拡散の影響を調べた。Crを中間層とするCo2MnSi/Cr/Co2MnSiという構成の3層構造において、相関磁気結合の知見も得た。試料が単結晶膜であるため、相関磁気結合の効果が磁化過程に明瞭に現れており、定量的解析に適するデータとなっている。
分子線エピタキシーを用いた実験では、単原子積層による精密な構造制御のための予備的実験を行った。Mnはクヌーセンセルにより、CoおよびSiは電子ビーム蒸発源により蒸発させ、フラックスの安定性等に関する基礎的知見を得た。