ハーフメタルを利用したスピン機能デバイスの量子輸送特性に関する理論的研究

半金属自旋功能器件量子输运特性的理论研究

基本信息

批准号：
16760242
负责人：
三浦良雄
金额：
$ 2.24万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

Coベースフルホイスラー合金(Co_2XY: X=Ti, V, Cr, Mn, Fe, Y=Al, Ga, Si, Ge)の多くは高いスピン偏極率を有し、かつ強磁性転移温度が室温よりも高いため、トンネル磁気抵抗(TMR)素子の強磁性電極材料として有力である。しかし、 CoとX原子が入れ替わる原子配列の乱れが生じると、スピン偏極率は大きく劣化する。そこで、 Co_2XYのCoとX原子の置換に対する安定性を、第一原理計算によって解析した。その結果、 Co-X置換に対する安定性はX原子のd電子の数が少ないほど増加することがわかった。これは、 X原子のd電子数が少ないほどその電子分布より得られる有効ポテンシャルもCo(d電子数8〜9個)のそれとは異なってくるため、 Coとの入れ替えに対するエネルギー損も大きくなるからである。したがって、X原子としてTiを選べば、 Coとの置換がもっとも起こりにくいといえる。高スピン偏極率を有するCoベースフルホイスラー合金のTMR素子における有用性を検討するため、 Co_2CrAlとCo_2MnSiを強磁性電極材料として用いたときの電気伝導を第一原理計算により解析した。バリア層としては最近、室温で300%を超える巨大磁気抵抗が得られて注目を集めている単結晶MgOを用いた。まず(001)界面の構造は、 Co_2CrAlとCo_2MnSiともにCo終端でかつCoが0のトップの位置にくる構造が最も安定であることがあかった。また、多数スピン状態のフェルミ準位での電気伝導を計算すると、 Co_2CrAlよりもCo_2MnSiの方が界面抵抗は小さくなることがわかった。Co_2MnSiでは分散の大きなsバンドがフェルミ準位を横切るため、 MgO内での入射電子の波動関数の減衰は小さく透過率も高くなる。一方、 Co_2CrAlでは局在したdバンドがフェルミ準位付近にあるためMgO内で入射電子の波動関数は急激に減衰して透過率が小さくなるためである。

许多CO基料合金（CO_2XY：X = Ti，V，Mn，Fe，Y = Al，Ga，Si，GE）具有较高的自旋偏置速率，而铁磁传递温度也来自室温。高，它是隧道磁性（TMR）元件的铁磁电极材料的强大功能。但是，当替换CO和X原子的原子序列时，自旋偏极速率会显着恶化。因此，通过第一个原理计算分析了CO_2XY的CO和X原子的稳定性。结果，发现随着X原子中的D电子数量的增加，CO-X取代的稳定性增加。这是因为X-原子的D-电子的数量越低，从电子分布获得的较有效势与CO（8至9 d -Electronic数字）不同，因此用CO替换的能量损失增加了。这是。因此，如果您选择Ti作为X原子，则可以说最有可能发生CO替代。为了检查基于CO的全挥发性合金的TMR元件具有较高的偏置速率，当使用CO_2CRAL和CO_2MNSI时，将电导传导为第一个原理分析了铁磁电极材料。作为屏障层，最近引起关注的单晶MGO吸引了其室温的300％以上。首先，界面的结构（001）的结构是，co_2cral和co_2mnsi具有最稳定的结构，其中CO位于CO和CO的末端，而CO在0的顶部。在大量自旋中计算费米水平的电导传导，发现CO_2MNSI的界面电阻低于CO_2CRAL。在CO_2MNSI中，大的分布式S频带越过费米水平，因此MGO中偶然波函数的衰减很小，透射率很高。另一方面，在co_2cral中，由于国内d频带接近费米水平，因此MGO中偶然电子的波函数迅速减弱，并且透射率降低。