ホイスラー合金系ハーフメタル材料のフェルミ準位制御による室温高スピン分極率の実現

通过控制Heusler合金半金属材料的费米能级实现室温高自旋极化率

基本信息

批准号：
19860005
负责人：
桜庭裕弥
金额：
$ 1.77万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (Start-up)
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至 2008
项目状态：
已结题

项目摘要

H19年度はAlをドープしたCo_2MnSiエピタキシャル電極の作製、及びそれらを下部電極とした強磁性トンネル接合の作製と評価を行った。Co_2MnAl_xSi_<1-x>(CMAS)電極はCo_2MnSiとCo_2MnA1のスパッタリングターゲットを同時放電させることによって成膜した。X線回折によって構造評価を行った結果,CMASの格子定数はドープしたAl濃度に対しほぼ線形に変化しており、第2相を生じさせることなくSiサイトを置換できていることが確認された。また原子間力顕微鏡によって表面像を観察した結果、平均表面ラフネスは5Å以下でありトンネル接合を作製するために十分平坦であることを確認することができた。これらを電極とした強磁性トンネル接合を作製し、トンネル磁気抵抗比(TMR比)を測定した結果、 Alのドープ量に対しTMR比が減少する傾向が見られた。またトンネル分光法によって微分コンダクタンスのバイアス電圧依存性を測定した結果、ハーフメタリックなエネルギーギャップの価電子帯のエッジがAlのドープ量に応じフェルミ準位に近づく傾向があることが確認され、本研究の目的通りAlドープによってフェルミ準位の位置を制御できることを示すことができた。しかしながら伝導帯側に関しては当初予想していたようなフェルミ準位とのエネルギー差の増大を得ることはできなかった。このような結果はこの系のスピン分極率の温度依存性が、ギャップ中でのフェルミ準位以外にも依存することを示すものであり、極めて重要な知見である。

2009财年，我们制作了Al掺杂Co_2MnSi外延电极，并使用它们作为下电极制作和评估了铁磁隧道结。通过Co_2MnSi和Co_2MnAl溅射靶的同时放电沉积Co_2MnAl_xSi_<1-x>(CMAS)电极。通过X射线衍射进行结构评估，证实CMAS的晶格常数几乎随Al掺杂浓度线性变化，并且Si位点可以被取代而不产生第二相。此外，使用原子力显微镜观察表面图像的结果证实，平均表面粗糙度小于5埃，其足够平坦以形成隧道结。我们使用这些作为电极制作了铁磁隧道结并测量了隧道磁阻比（TMR比），结果发现TMR比随着Al掺杂量的增加而减小。另外，使用隧道分光法测量微分电导的偏压依赖性的结果，确认了半金属能隙中的价带边缘根据Al掺杂量而趋于接近费米能级。我们能够证明费米能级的位置可以通过Al掺杂来控制。然而，在导带侧，与费米能级的能量差并没有像最初预期的那样增大。这些结果是极其重要的发现，因为它们表明该系统的自旋极化率的温度依赖性取决于能隙中费米能级以外的因素。