磁性ワイル半金属磁気トンネル接合

磁外尔半金属磁隧道结

• 批准号: 22K18961
• 负责人: 山ノ内 路彦
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18961/
• 关键词: 磁気トンネル接合; TMR; 磁性ワイル半金属; 磁気トンネル接合; TMR; 磁性ワイル半金属

磁性ワイル半金属を強磁性電極とする磁気トンネル接合(MTJ)は、104%を超える巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)比を示すことが理論的に予想されている。しかし、磁性ワイル半金属を用いたMTJにおけるTMR効果は，実験的には明らかになっていない。本研究では、磁性ワイル半金属を利用した新規TMR効果の発現を目的として、磁性ワイル半金属と考えられているCo基ホイスラー合金Co2MnGaを強磁性電極とする保磁力差型MTJを作製し、そのTMRを調べた。まず、MgO 基板上にスパッタリングと電子線蒸着を用いて、MgOトンネル障壁層をCo2MnGa 強磁性電極で挟んだMTJの積層構造を成膜した。そして、作製した積層構造を電子線リソグラフィー、フォトリソグラフィー、Arイオンミリングを用いて、接合面積がミクロンサイズからサブミクロンサイズのピラー形状素子に加工し、室温で素子抵抗の面内磁場依存性を測定した。外部磁場の掃引に伴って、上部、下部Co2MnGa強磁性電極の相対的な磁化方向の変化を反映した明確なTMR効果が観測された。しかし、TMR比は室温で約70％であり、理論的に予測されていたような巨大なTMR比は得られなかった。この低いTMR比の要因として、今年度に作製したMTJでは，高抵抗磁化配置の抵抗値が磁場に対して一定でなかったため，反平行磁化配置が不安定であること，また，Co2MnGaの組成や熱処理条件を最適化していないため，Co2MnGaの組成ずれや熱処理の際のMn拡散が起きている可能性があることなどが考えられる。

从理论上讲，带有磁威尔半金属磁性的磁性隧道连接（MTJ），因为铁磁电极将表现出巨大的隧道磁力耐药性（TMR）比率超过104％。但是，使用磁威尔半法的MTJ中的TMR效应尚未通过实验表明。在这项研究中，我们使用基于CO的Heusler Alloy CO2MNGA制造了强制性差异MTJ，该型螺旋型二氧化合物被认为是磁性磁威尔半学作为铁磁电极，并研究了其中的TMR。首先，使用溅射和电子束沉积在MGO基板上形成层压MTJ结构，以在CO2MNGA铁磁电极之间形成MGO隧道屏障层。然后将其制备的层压结构处理成一个柱状元件，并通过电子光束光刻，光刻和AR离子铣削的微米的键合面积对亚微米进行，并在室温下测量元件电阻的平面磁场的依赖性。观察到明显的TMR效应，反映了由于外部磁场的扫描，上下CO2MNGA铁磁电极的磁化方向的相对变化。但是，在室温下，TMR比约为70％，并且在理论上预测的巨大TMR比没有得到。这种低的TMR比是在磁场上制造的MTJ中高电阻磁化布置的电阻值的可能性，这使得抗平行的磁化布置不稳定，并且CO2MNGA的组成以及热处理条件的组成和热处理的构成没有得到优化，因此在CO2MNGA的可能性上可能会发生差异，因此可能会差异化。