非磁性金属と接合した窒化鉄薄膜を用いた高効率スピン源の開発

使用与非磁性金属结合的氮化铁薄膜开发高效自旋源

基本信息

批准号：
20042002
负责人：
角田匡清
金额：
$ 1.28万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

最近の理論研究によれば、Fe_4Nはフェルミ準位における状態密度の分極は0.6程度であり、いわゆるハーフメタルではないが、各電子軌道の電気伝導性まで考慮に入れた計算では、伝導率のスピン偏極率は-1となり、高効率のスピン源となることが期待できる。本研究では、Fe_4Nを用いた高効率スピン源の開発を目的として研究を行った。良質なFe_4N薄膜を形成するために、新たに(001)配向したエピタキシャルCu下地膜を開発してFe_4N薄膜を作成した結果、Fe_4Nの結晶品質が格段に向上し、従来の磁気抵抗変化率に比較して3倍以上の性能向上が得られ、室温において最大-75%の負のトンネル磁気抵抗変化率を得た。このことから、トンネル注入法によれば、Fe_4N内の伝導電子の大きなスピン偏極率を保ったままスピン源として機能させることができることが明らかとなった。一方で、非磁性金属(Cu)薄膜と接合したFe_4N/Cu/Fe_4N/MnIrもしくはFe_4N/Cu/CoFe/MmIr型のスピンバルブGMR薄膜を形成し、電子ビーム描画法により微細加工したCPP-GMR素子においては、期待に反して大きな磁気抵抗変化率が得られなかった。このことはFe_4N内部を伝導している高スピン偏極した伝導電子が、非磁性金属(Cu)層にそのスピン偏極率を保ったまま注入されていないことを示唆している。今後、金属伝導型の高効率スピン源としてFe_4N薄膜を機能させるためには、接合する非磁性金属種を変化させ、ヘテロ接合界面においてスピン反転が生じないような材料系を開発する必要があることが明らかとなった。

根据最近的理论研究，FE_4N在费米水平上的状态密度的极化约为0.6，不是所谓的一半金属，而是考虑到每个电子轨道的电导率的计算，电导率的自旋偏振率为-1，并且可以预期它将成为高效的自旋源。在这项研究中，我们进行了研究，目的是使用FE_4N开发高效的自旋源。为了形成高质量的Fe_4n薄膜，开发了新的（001）面向上的外部CU卧式层以创建FE_4N薄膜，从而导致FE_4N的晶体质量显着提高，从而使性能提高了3倍以上超过三倍以上的磁盘变化率，从而导致5次降低速度的速率5次，从而导致5次不断变化。这表明，根据隧道注入方法，可以在FE_4N中保持导电电子的较大自旋极化性，在FE_4N中起旋转源。另一方面，在CPP-GMR元件中，该元件是通过形成FE_4N/CU/CU/FE_4N/MNIR或FE_4N/CU/CU/COFE/MMIR型Spin Valve GMR膜并使用电子束照亮方法进行了真实处理的，与预期相反，与预期相反，很大的磁势变化速率是不可获得的。这表明在维持FE_4N内部导电的高度自旋偏振电导电子不会植入非磁性金属（CU）层中，同时保持其自旋偏振。已经揭示了将来，为了充当金属传导高效自旋源，有必要开发一种材料系统，该材料系统不会通过更改非磁性金属物种的键合，而不会引起异质结界面的自旋反转。

项目成果

期刊论文数量（3）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

75% inverse TMR at room temperature in. Fe_4N/MgO/CoFeB-MTJs

75%%20inverse%20TMR%20at%20room%20温度%20in.%20Fe_4N/MgO/CoFeB-MTJs

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Kimura;T. Maihara;F. Iwamuro;M. Akiyama;N. Tamura;N. Takato,;Tomonori Totani;T. Totani;Y. Komasaki;Y. Komasaki
通讯作者：
Y. Komasaki

Cu下地上に作成したFe_4NIMgO/CoFeB-MTJのインバースTMR効果

Cu 衬底上 Fe_4NIMgO/CoFeB-MTJ 的逆 TMR 效应

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
M. Kimura;T. Maihara;F. Iwamuro;M. Akiyama;N. Tamura;N. Takato,;Tomonori Totani;T. Totani;Y. Komasaki;Y. Komasaki;駒崎洋亮
通讯作者：
駒崎洋亮