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

使用半金属霍斯勒合金研究人造纳米结构的磁导率

基本信息

批准号：
05F05366
负责人：
高梨弘毅
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

近年ハーフメタルがスピンエレクトロニクスを中心とする工学・理学分野において注目されており、現在世界中で活発な研究が行われている。フルホイスラー合金は、キュリー温度が高いことに加えて、ハーフメタル特性が実験的に確認されているため、特に重要視されている物質系である。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、高品位化および新機能開拓に関する実験を行った。高品位化に関しては、不純物元素の混入がCo2MnSi薄膜の特性に及ぼす影響を検討した。例としてAuの場合、バッファー層にAuを用いると膜の平坦性が向上し高品位化に有用であるが、Co2MnSi層との間にCr等の拡散防止層を挿入しなければCo2MnSi中に拡散し、磁化の減少を生じることが示唆された。新機能開拓に関しては、Co2MnSi/Cr/Co2MnSi 3層膜の層間磁気結合の系統的な実験データの取得とその数値シミュレーションを用いた解析により、Co2MnSi/Cr/Co2MnSi 3層膜には180度結合の寄与はほとんどなく、90度結合が支配的であることが分かった。また、その90度結合のエネルギーが180度結合並みに大きいこと、Cr中間層厚に対して振動的に変化し、その振動周期が3.2-3.5nmと長いこと等の特徴も明らかになった。180度結合が生じないことは、コバルト基フルホイスラー合金系のハーフメタルの特徴である可能性があり、ハーフメタルとしての品位を層間磁気結合によって評価できる可能性を示している。

近年来，半金属在以自旋电子学为中心的工程和科学领域引起了人们的关注，目前世界各地正在积极开展研究。全霍斯勒合金是一种特别重要的材料系统，因为除了其高居里温度之外，其半金属特性也已得到实验证实。在这项研究中，我们进行了实验来提高 Co2MnSi 的质量并开发新功能，Co2MnSi 是一种全霍斯勒合金，有望表现出明显的半金属特性。针对高质量，我们研究了杂质元素的掺入对Co2MnSi薄膜性能的影响。例如，在Au的情况下，在缓冲层中使用Au可以改善膜的平坦度，并且对于高质量是有用的，但是除非在Co2MnSi层之间插入诸如Cr的扩散防止层，否则它会扩散到Co2MnSi中有人认为这导致了磁化强度的降低。针对新功能的开发，我们系统地获取了Co2MnSi/Cr/Co2MnSi三层薄膜中层间磁耦合的实验数据，并通过数值模拟对其进行了分析，发现贡献不大，且以90度键为主。。此外，还揭示了其他特征，例如90度键的能量与180度键的能量一样大，它相对于Cr中间层的厚度振动地变化，以及振动周期长达3.2-3.5 nm。不存在180度耦合可能是钴基全霍斯勒合金半金属的一个特征，这表明通过层间磁耦合来评估半金属质量的可能性。