(57)【要約】【課題】  本発明は、従来には望むことの出来ない高いスピン偏極率を持つＣｏ基ホイスラー合金を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明のＣｏ基ホイスラー合金は、組成式  Ｃｏ２Ｍｎ１−ＸＦｅＸＳｎ（ただし、0＜Ｘ＜0.2）であることを特徴とする。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
組成式  Ｃｏ２Ｍｎ１−ＸＦｅＸＳｎ（ただし、0＜Ｘ＜0.2）であることを特徴とするＣｏ基ホイスラー合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｏ基ホイスラー合金に関し、より詳しくは、そのスピン偏極率の向上に関する。
【背景技術】
【０００２】
強磁性金属／絶縁層／強磁性金属、あるいは、強磁性金属／非磁性金属層／強磁性金属の３層構造を持つ薄膜の面直方向磁気抵抗効果を利用した素子は、大容量磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM)や高性能再生磁気ヘッド用として期待されている。高性能化のためには高い磁気抵抗変化率(TMR比あるいはGMR比)を実現させる必要がある。TMRは式１(非特許文献1)で、GMRは式２(非特許文献２)で表されるので、高いTMR及びGMR比を実現するにはスピン偏極率(P)の高い材料を上下の強磁性層に使う必要がある。
コバルト基ホイスラー合金はハーフメタル材料(P=1)の候補として期待されているが、点接触アンドレーフ反射法（PCAR法）により測定したスピン偏極率はいずれもハーフメタルの値（P=1）よりずっと低いP=0.6程度である。非特許文献３における理論計算では状態密度の差でスピン分極率を予測している。ところが、実際のTMRやGMRデバイスの強磁性電極として用いる高スピン偏極材料を探索するためには、第一原理による状態密度のスピン偏極率予測よりも、PCARによる伝導電子のスピン偏極率測定が適しているといえる。
しかし、コバルト基ホイスラー合金はハーフメタル材料(P=1)の候補として期待されているが、点接触アンドレーフ反射法（PCAR法）により測定されたスピン偏極率はいずれもハーフメタルの値（P=1）よりずっと低いP=0.6程度である。
＜式１＞
2010053412.tif 000002
＜式２＞
2010053412.tif 000003
ここでP1P2は上下の強磁性層のスピン偏極率
【非特許文献１】M. Julliere, Phys. Lett., 54A, (1976), 225-226
【非特許文献２】S.G. Tan et al, J. Appl.Phys., 101, 09J502 (2007).
【非特許文献３】I. Galanakis et al., Appl. Phys. Lett., 89, 042502 (2006).
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、このような実情に鑑み、従来には望むことの出来ない高いスピン偏極率を持つＣｏ基ホイスラー合金を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明のＣｏ基ホイスラー合金は、組成式  Ｃｏ２Ｍｎ１−ＸＦｅＸＳｎ（ただし、0＜Ｘ＜0.2）であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
スピン偏極率はフェルミレベル付近の↑スピンと↓スピンの状態の差で表されるので、↑スピンの状態を増加させることでスピン偏極率の増加が期待できる。本発明では、Co2MnSnホイスラー合金のMnをFeで置換することにより、スピン偏極率がCo2MnSnのP=0.58からCo2Mn0.95Fe0.05Sn合金のP=0.65へと増加することを見出した。この値は現在までに報告されているホイスラー合金のスピン偏極率と比べて高い値である。FeはCo2MnSn に対して電子のドーパントとして作用すると考えられるので、Co2MnSnホイスラー合金のMnをFeで置換することによりフェルミレベル付近の↑スピンの状態が増加したためスピン偏極率が増加したと考えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
本発明のCo基ホイスラー合金をトンネル型磁気抵抗素子の上下電極として使用することにより、非特許文献１のTMR=2P1P2/1-P1P2および非特許文献２のGMRの抵抗変化率の式1、2より、高い磁気抵抗変化率(GMR比およびTMR比)が得られることは容易に類推できる。
非特許文献３ではCo2MnZ合金においてZを様々な元素とすることによる、状態密度曲線の変化について示している。しかし、これらの合金では、PCAR法による伝導電子のスピン偏極率測定ではP=0.6と低い値であり、状態密度のスピン偏極率が理論的に高くても、実際には高い偏極度の伝導電子が磁気抵抗素子でえられないことが分かる。
ただし、下記実施例では、以下の理論でスピン偏極率の向上を図った物である。
スピン偏極率は、P=(D↑-D↓)/(D↑+D↓) （D↑, D↓はそれぞれフェルミエネルギーにおけるアップおよびダウンスピン電子の状態密度）によって定義される。ここからわかるようにD↑の値を大きくすることによってもスピン偏極率を増加させることができる。Co2MnSnのMnをFeで置換することによりフェルミレベル付近の↑スピンの状態を増加させるという発想で、スピン偏極率を0.65に増加させ、低いスピン偏極率という問題を克服した。
【実施例】
【０００７】
各元素(Co,Mn,Fe,Sn)を所望の組成比になるように天秤を用いて秤量する。それを石英管に入れて高周波誘導炉にセットする。その後真空をひく。真空度が6×10-4Pa以下になったら、高周波電源を入れ少しずつパワーをあげ、最終的に10Aにセットする。合金が溶けて2分程度待ち、高周波電源を切る。室温まで冷ましたら炉から取り出す。Feの置換量は、所望の組成になるように天秤を用いてMnとFeの秤量を行うことにより制御できる。
【０００８】
【表１】
2010053412.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【０００９】
伝導電子の高いスピン偏極率が実現できたことで、TMR(トンネル型磁気抵抗)素子、GMR(巨大磁気抵抗)素子、TMR素子を基本として構成される大容量MRAM(磁気ランダムアクセスメモリ)やHDDの再生ヘッドの高性能化が期待される。また、再構成可能なスピンMOSFETで必要とされる半導体へのスピン注入もMgOバリアとともに用いることで高効率なスピン注入が期待される。本発明の合金を電極として高いTMR値、GMR値を持つ素子を構成できれば、磁気記録システムの再生ヘッドとしての用途がある。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実験No.1に示す合金のX線回折パターン
【図２】実験No.2に示す合金のX線回折パターン
【図３】実験No.3に示す合金のX線回折パターン
【図４】実験No.4に示す合金のX線回折パターン
【図５】実験No.1に示す合金のコンダクタンス曲線
【図６】実験No.2に示す合金のコンダクタンス曲線
【図７】実験No.3に示す合金のコンダクタンス曲線
【図８】実験No.4に示す合金のコンダクタンス曲線
【図９】スピン偏極率のｘ(Fe濃度)依存性
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010053412.tif 000011
【図８】
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【図９】
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