ハーフメタル系エピタキシャル強磁性トンネル接合の製作とスピン輸送特性の研究

半金属外延铁磁隧道结的制备及自旋输运特性研究

基本信息

批准号：
07J02234
负责人：
石川貴之
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2009
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究は、潜在的に大きなスピン偏極率を有するハーフメタル系ホイスラー合金Co_2MnSi(CMS)薄膜を用いた、高品質エピタキシャル強磁性トンネル接合(MTJ)の製作技術を確立し、その優れたスピン依存輸送特性を実証することを目的としている。前年度までに、CMSを強磁性電極、MgOをトンネル障壁層として用いた、CMS/MgO/CMSエピタキシャルMTJ(CMS-MTJ)を製作し、室温で180%、低温4.2Kで700%程度の良好なトンネル磁気抵抗(TMR)比を実証すると共に、スピン依存コンダクタンス特性の解析から、MgOとの界面領域におけるCMS電極の界面電子状態の存在を示唆する結果を既に得ている。当該年度は、CMS薄膜の組成に着目し、電極の薄膜組成がCMS-MTJのTMR特性に及ぼす影響を明らかにすることを主目的として、研究を実施した。その結果、TMR特性がCMS薄膜のMn組成に強く依存することを実験的に見出し、特に、Mnの組成が過剰なCMS薄膜を用いることで、化学量論的組成のCMSを電極としたMTJよりも、さらに高い.TMR比が得られることを明らかにした。これは、CMSのハーフメタル性を劣化させることが理論的に指摘されているCoアンチサイト欠陥が、Mn組成の過剰なCMS薄膜を用いることにより、抑制されるためと解釈できる。このように、CMS薄膜の組成の適切な制御により、構造欠陥を制御することが可能であり、結果として、ハーフメタル性を改善可能であることを明らかにした。本研究で得られたこの成果は、CMSのみならず、ハーフメタル強磁性体全般に共通する重要な知見であると位置づけられ、今後の研究発展を促すものであると考えられる。

在这项研究中，我们利用具有潜在大自旋极化的半金属Heusler合金Co_2MnSi（CMS）薄膜建立了高质量外延铁磁隧道结（MTJ）的制造技术，并实现了优异的自旋依赖性。运输属性。直到前一年，我们已经制造了一种CMS/MgO/CMS外延MTJ（CMS-MTJ），使用CMS作为铁磁电极，MgO作为隧道势垒层，在室温下提高了180%，在室温下提高了约700%。 4.2K低温。除了展示良好的隧道磁阻（TMR）比之外，我们还通过对自旋相关电导特性的分析，获得了表明 CMS 电极与 MgO 界面区域中存在界面电子态的结果。本财年，我们重点关注CMS薄膜的成分进行研究，主要目的是阐明电极薄膜成分对CMS-MTJ的TMR特性的影响。结果，我们通过实验发现，TMR特性强烈依赖于CMS薄膜的Mn组成，特别是，通过使用具有过量Mn组成的CMS薄膜，可以得到均匀的TMR特性。可以获得更高的.TMR比率。这可以解释为因为Co反位缺陷（理论上已知会降低CMS的半金属性能）通过使用具有过量Mn成分的CMS薄膜而被抑制。这样表明，通过适当控制CMS薄膜的组成，可以控制结构缺陷，结果可以改善半金属性能。这项研究获得的结果被认为不仅对于 CMS 而且对于一般的半金属铁磁体都是重要的发现，并且被认为可以鼓励未来的研究发展。