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

基本信息

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

项目摘要

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。

理论上预测，使用磁性韦尔半金属作为铁磁电极的磁性隧道结（MTJ）将表现出超过 104% 的巨大隧道磁阻（TMR）比。然而，使用磁性韦尔半金属的 MTJ 中的 TMR 效应尚未通过实验得到阐明。在本研究中，为了利用磁性Weyl半金属开发新的TMR效应，我们使用Co基Heusler合金Co2MnGa（被认为是磁性Weyl半金属）作为铁磁电极制造了矫顽力微分MTJ。我查了一下TMR。首先，使用溅射和电子束蒸发在 MgO 基板上沉积堆叠式 MTJ 结构，其中 MgO 隧道势垒层夹在 Co2MnGa 铁磁电极之间。然后，利用电子束光刻、光刻和Ar离子铣削，将制作的堆叠结构加工成结面积为微米至亚微米尺寸的柱状元件，并研究元件电阻的面内磁场依赖性是在室温下测量的。随着外部磁场的扫掠，观察到反映上下Co2MnGa铁磁电极相对磁化方向变化的清晰TMR效应。然而，室温下TMR比约为70%，无法获得理论上预测的巨大TMR比。造成如此低TMR比的原因是，在今年制造的MTJ中，高阻磁化排列的电阻值相对于磁场而言并不是恒定的，因此反平行磁化排列不稳定，并且Co2MnGa的成分由于热处理条件未优化，可能的原因包括热处理过程中 Co2MnGa 的成分变化和 Mn 扩散。