スピン機能材料の結晶成長プロセスに関する第一原理シミュレーション

自旋功能材料晶体生长过程的第一性原理模拟

基本信息

批准号：
18760227
负责人：
三浦良雄
金额：
$ 2.3万
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：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

近年、磁気トンネル接合(MTJ)の微細化に伴う磁化の熱揺らぎ耐性の向上にむけて、従来の面内磁化膜を用いたMTJ素子ではなく垂直磁化膜を用いたMTJ素子の検討が進められている。そこで、本研究では大きな一軸結晶磁気異方性をもつL1_0型FePt合金を強磁性電極層に用いたMTJの有用性を検証するため、第一原理計算による電子状態計算および電気伝導計算を行った。絶縁体障壁層には△_1の対称性(z軸周りの回転に対して全対称)を有する電子を優先的に透過させる単結晶Mg0を用いた。Fe/Mg0/Fe(001)系のMTJでは、bcc構造のFeが多数スピン状態にのみ△_1バンドが存在することに起因して、高いトンネル磁気抵抗比(TMR比)が室温で得られている。L1_0型FePtはそのバルクにおいて、多数スピン状態・少数スピン状態ともにフェルミ準位付近に△_1バンドが存在するため、FePtを電極層にMg0を障壁層に用いた場合は高いTMR比は得られないことが予想される。しかしながら、Fe終端MTJでは300%を越える大きなTMR比が得られることがわかった。一方、Pt終端MTJでは70%程度のTMR比となり、FePt/Mg0/FePt(001)MTJのTMR比には大きな終端面依存性があることが明らかになった。これはL1_0型FePtにおいて、多数スピン状態の△_1バンドは主にFe原子・Pt原子のpz軌道からなるが少数スピン状態の△_1バンドは主にFe原子・Pt原子のd_<z2>軌道からなる、という△_1バンドの軌道成分の違いがあることに起因している。以上の結果より本研究では、「FePt/Mg0/FePt(001)のMTJにおいてFe終端面を形成することにより高いTMR比が得られる」、というデバイス作製プロセスの提案を行った。この提案は今後の垂直磁化膜を用いたMTJ素子の実現に向けて重要な指針となることが期待できる。

近年来，为了提高由于磁性隧道连接（MTJ）的微型化引起的磁化耐热性的耐药性，已经研究了使用垂直磁化膜而不是常规的面内磁化膜的MTJ设备。因此，在这项研究中，为了使用L1_0型Fept合金验证MTJ的有用性，其单轴磁性晶体各向异性作为铁磁电极层，电子状态计算和电导率计算是使用第一原理计算进行的。单晶MG0允许具有对称的电子（围绕Z轴旋转）的对称性的电子优先传输的对称性（所有相对于Z轴旋转）作为绝缘体屏障层。在Fe/Mg0/Fe（001）系统的MTJ中，由于仅在BCC结构的FE旋转状态下存在△_1频带，因此在室温下获得了高隧道磁场比（TMR比）。在大部分L1_0型FEPT中，在多旋转状态和少数型旋转状态下，δ_1频段在费米水平附近存在，预计当将FEPT用作电极层和MG0作为屏障层时，无法获得高的TMR比。但是，发现使用FE终止的MTJ可以获得超过300％的较大TMR比。另一方面，PT终止MTJ的TMR比率约为70％，并且发现FEPT/MG0/FEPT（001）MTJ的TMR比具有较大的终止表面依赖性。这是由于△1频带的轨道成分的差异，在L1_0型Fept中，多旋转状态中的△1频段主要由Fe和Pt原子的Pz轨道组成，而少数族裔旋转状态的△1带主要由D_ <z2> Orbit of Fe and Pt Atoms组成。基于上述结果，本研究提出了一种装置制造过程，其中“在FEPT/MG0/FEPT（001）的MTJ中形成Fe终止表面的TMR比”。预计该建议将作为使用垂直磁化膜未来实现MTJ元素的重要指南。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Ab initio study on stabilities of half-metallic Co-based full-Heusler alloys

半金属钴基全霍斯勒合金稳定性从头算研究

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
J. Appl. Phys. (accepted)
影响因子：
0
作者：
Y.Miura;M.Shirai;K.Nagao
通讯作者：
K.Nagao

The computational materials design of (Ga, Cr) N: effects of co-doping on exchange interactions

(Ga, Cr) N 的计算材料设计：共掺杂对交换相互作用的影响

DOI：
发表时间：
2007
期刊：
Journal of Physics: Condensed Matter 19
影响因子：
0
作者：
Tatsuya Nakano;Masafumi Shirai;Yoshio Miura and Kazutaka Nagao
通讯作者：
Yoshio Miura and Kazutaka Nagao

Co2FeSi/Siヘテロ接合系の電子状態

Co2FeSi/Si异质结体系的电子态

DOI：
发表时间：
2008
期刊：
影响因子：
0
作者：
笠井秀昭;赤井久純;吉田博編;赤井久純;森川良忠;他12名執筆;三浦良雄;白井正文;三浦良雄;白井正文;Kasutaka Abe;Miura Yoshio;Masafumi Shirai;Kazutaka Abe;M. Shirai;Masafumi Shirai;三浦良雄
通讯作者：
三浦良雄

A first-principles study on transport properties in magnetic tunnel junctions of Co-based full-Heusler alloys with MgO barrier

MgO势垒钴基全霍斯勒合金磁隧道结输运特性的第一性原理研究