2021 Fiscal Year Annual Research Report
Spin-dependent conduction mechanism of half-metallic Heusler alloys and applications to practical devices
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17H06152
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
宝野 和博 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, フェロー (60229151)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
木村 昭夫 広島大学, 先進理工系科学研究科(理), 教授 (00272534)
三浦 良雄 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10361198)
桜庭 裕弥 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, グループリーダー (10451618)
佐々木 泰祐 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主幹研究員 (30615993)
中谷 友也 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (60782646)
田尻 寛男 公益財団法人高輝度光科学研究センター, 回折・散乱推進室, 主幹研究員 (70360831)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Keywords | ハーフメタル / ホイスラー合金 / 巨大磁気抵抗効果 / スピントロニクス / 第一原理計算 / 光電子分光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
従来研究で高いバルクスピン分極率が示されていたCo2MnSiやCFGGといったホイスラー合金では、L21規則状態を実現するために400℃以上の高温熱処理を施さねばならず、産業応用上の重大な問題であった。これは、これらの材料のA2/L21の規則-不規則変態温度が低いことが一因となっている。本研究では、より高い変態温度を持つことから、L21規則構造がエネルギー的に安定なCo2MnGeとCo2MnSnに注目し、それらの薄膜の熱処理に対するL21規則度とバルスピン分極率の変化を定量的に評価した。その結果、L21規則状態が室温成膜直後のas-depo状態でも得られるのに加えて、Co2MnGeにおいては、産業応用上の上限熱処理温度である300℃の熱処理後のスピン分極率がCFGGを大きく上回ることを実証し、実用デバイス応用ではCFGGよりCMGに優位性があることを示した。
機械学習とDLM法を組み合わせた材料探索によって、Co2FeAl1-xSnx系などが室温で高いスピン分極率を得るために有望であることを見出した。このような有限温度の電子状態計算は世界的にも先駆的な取り組みであり、室温で高いバルクスピン分極率を得るための指針を得るとともに、CPP-GMR素子で観測される磁気抵抗比の大きな温度依存性は、バルク領域よりも界面領域でのスピン分極率の影響が大きいことが示された。
硬X線で放出された光電子を試料の直上に設置したAuスピン検出膜で散乱させ、スピン分解測定の検出効率を104向上させる新手法によって、ハーフメタル性が期待されるCo2MnSi単結晶薄膜の極低温と300Kにおけるバルク領域のスピン分極率を測定した。その結果、21Kでは最大90%程度の高いスピン分極率が観測することに成功した。300Kにおけるデータはエラーが大きいものの、DLMを用いた第一原理計算との比較とよく整合し、大きな温度依存性がないことが実証された。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Journal Article] Structural insight using anomalous XRD into Mn2CoAl Heusler alloy films grown by magnetron sputtering, IBAS, and MBE techniques2022
Author(s)
H. Tajiri, L. S. R. Kumara, Y. Sakuraba, Z. Chen, J. Wang, W. Zhou, K. Varun, K. Ueda, S. Yamada, K. Hamaya, and K. Hono
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Journal Title
Acta Materialia
Volume: 235
Pages: 118063
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Quantitative atomic order characterization of a Mn2FeAl Heusler epitaxial thin film2022
Author(s)
S. Kurdi, Y. Sakuraba, K. Masuda, H. Tajiri, B. Nair, G. F. Nataf, M. E. Vickers, G. Reiss, M. Meinert, S. S. Dhesi, M. Ghidini, and Z. H. Barber
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Journal Title
Journal of Physics D: Applied Physics
Volume: 55
Pages: 185305
DOI
Peer Reviewed
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[Journal Article] Above-room-temperature giant thermal conductivity switching in spintronic multilayers2021
Author(s)
H Nakayama, B Xu, S Iwamoto, K Yamamoto, R Iguchi, A Miura, T Hirai, Y. Miura, Y. Sakuraba, J. Shiomi, and K. Uchida
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Journal Title
Applied Physics Letters
Volume: 118
Pages: 042409
DOI
Peer Reviewed
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