シリコン基板上への高スピン偏極強磁性薄膜の創製とスピントロニクスデバイスへの展開

在硅衬底上创建高自旋极化铁磁薄膜和自旋电子器件的开发

基本信息

批准号：
14J01804
负责人：
伊藤啓太
金额：
$ 2.75万
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：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

NixFe4-xNについて、昨年度の研究においてx = 3にて高い負のスピン分極率(-0.86)が第一原理計算から予想された。また、固体Fe、Niと高周波プラズマN2の同時供給による分子線エピタキシー(MBE)法により、SrTiO3(001)基板上にエピタキシャル成長したNi3FeN薄膜ではキュリー温度が266 Kとなり、粉末試料の報告例とよく一致した。一方でこれは、反応性スパッタ法で作製されたNi3FeN薄膜における、室温で6%の正の異方性磁気抵抗(AMR)効果の観測報告例とは相反する実験結果である。そこで、MBE法により作製したエピタキシャルNiFe3NおよびNi3FeN薄膜のAMR効果を測定し、その発現温度と符号を検証した。膜厚50 nmのNiFe3NおよびNi3FeN薄膜を、[100]が長手方向の幅0.2 mmのホールバー形状に加工し、測定温度5-300 Kの範囲で、外部磁場30 kOe、直流電流0.2 mAのもとでAMR効果を測定した。結果、Ni3FeN薄膜の室温におけるAMR比はほぼ0であり、スパッタ膜の報告とは異なる結果となった。また、双方の試料で広い温度範囲で負のAMR効果が観測された。室温における大きな正のAMR効果は、Ni3Feの特徴と一致することから、過去の報告例のNi3FeN薄膜については、N抜けが示唆される。Kokadoらの理論によれば、負のAMR効果はs↑→d↑またはs↓→d↓のs-d散乱機構で説明される。第一原理計算の結果、NiFe3NおよびNi3FeNのフェルミ準位における状態密度は3d少数スピンが支配的であるため、これらの負のAMR効果はs↓→d↓の散乱機構に起因する。したがって、NiFe3NとNi3FeNについても、Fe4Nと同様に少数スピン伝導が優勢であり、シリコンとの格子不整合率が小さい少数スピン伝導強磁性体材料を新たに発見した。

关于 NixFe4-xN，根据去年研究的第一性原理计算，预测 x = 3 时具有高负自旋极化率 (-0.86)。此外，通过同时供给固体Fe、Ni和高频等离子体N2的分子束外延(MBE)方法在SrTiO3(001)衬底上外延生长的Ni3FeN薄膜的居里温度为266K，这是良好的。与所报道的粉末样品的例子一致。另一方面，这一实验结果与报道的通过反应溅射制备的 Ni3FeN 薄膜在室温下具有 6% 的正各向异性磁阻 (AMR) 效应的例子相矛盾。因此，我们测量了MBE法制备的外延NiFe3N和Ni3FeN薄膜的AMR效应，并验证了其起始温度和符号。将厚度为50 nm的NiFe3N和Ni3FeN薄膜加工成纵向[100]宽度为0.2 mm的孔棒形状，并在5-300 K的温度范围、外部磁场为30 kOe、0.2 mA 的直流电流测量了 AMR 效应。结果，Ni3FeN薄膜在室温下的AMR比几乎为0，这与溅射薄膜报道的结果不同。此外，在很宽的温度范围内，两个样品都观察到了负 AMR 效应。室温下较大的正 AMR 效应与 Ni3Fe 的特性一致，表明过去报道的 Ni3FeN 薄膜中存在 N 耗尽现象。根据Kokado等人的理论，负AMR效应可以通过s↑→d↑或s↓→d↓的s-d散射机制来解释。第一性原理计算结果表明，NiFe3N和Ni3FeN费米能级的态密度以3d少数自旋为主，因此这些负AMR效应是由于s↓→d↓散射机制造成的。因此，对于NiFe3N和Ni3FeN，与Fe4N一样，少数自旋传导占主导地位，并且我们新发现了与硅晶格失配较小的少数自旋传导铁磁材料。

项目成果

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科研奖励数量（0）

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专利数量（0）

MBE法で作製したα'-Fe16-xMnxN2(x = 0, 1, 2)薄膜の磁気特性

MBE法制备α-Fe16-xMnxN2(x=0,1,2)薄膜的磁性能

DOI：
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
0
作者：
東小薗創真; 伊藤啓太; 具志俊希; 高田郁弥; 都甲薫; 末益崇
通讯作者：
末益崇

負のスピン分極率を有するFe4N強磁性細線の磁壁形成位置の制御

负自旋极化率 Fe4N 铁磁线中畴壁形成位置的控制

DOI：
发表时间：
2015
期刊：
影响因子：
0
作者：
具志俊希;伊藤啓太;安富陽子;東小薗創真;都甲薫;大里啓孝;杉本喜正;浅川潔;太田憲雄;本多周太;末益崇
通讯作者：
末益崇

Epitaxial growth and magnetic properties of NixFe4-xN (x=0, 1, 3, and 4) films on SrTiO3(001) substrates

SrTiO3(001) 衬底上 NixFe4-xN (x=0、1、3、4) 薄膜的外延生长和磁性能

DOI：
10.1063/1.4961734
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
3.2
作者：
F. Takata; K. Ito; S. Higashikozono; T. Gushi; K. Toko; T. Suemasu
通讯作者：
T. Suemasu

Perpendicular magnetic anisotropy in CoxMn4－xN (x = 0 and 0.2) epitaxial films and possibility of tetragonal Mn4N phase

CoxMn4－xN（x = 0和0.2）外延膜的垂直磁各向异性及四方Mn4N相的可能性

DOI：
10.1063/1.4942548
发表时间：
2016
期刊：
影响因子：
1.6
作者：
Keita Ito; Yoko Yasutomi; Kazuki Kabara; Toshiki Gushi; Soma Higashikozono; Kaoru Toko; Masakiyo Tsunoda;Takashi Suemasu
通讯作者：
Takashi Suemasu

CoxMn4-xN エピタキシャル薄膜の飽和磁化と垂直磁気異方性の評価

CoxMn4-xN外延薄膜的饱和磁化强度和垂直磁各向异性评价