(57)【要約】 【課題】                最もスピン分極率が高いと期待されるＦｅ２ＣｒＳｉ組成においては、その性能を実現するにはＬ２１構造であることが必要であるが、Ｆｅに対してＲｕを一定割合で置換したときのみ、Ｌ２１構造が得られていた。しかしＲｕは高価でしかも環境負荷の大きい重金属であることから、Ｒｕ等を用いること無く、Ｌ２１構造の単相組織を得るための方法が求められていた。【解決手段】         Ｆｅ２ＣｒＳｉの組成となるように各原料を秤量、配合し、これをアーク溶解法または高周波溶解法で溶解し、インゴットを得る。  このインゴットをＬ２１構造の単相組織を得る目的で熱処理を行う。その条件として、１３７５Ｋ以上１５２３Ｋ以下の温度で、１時間以上２４０時間以下の範囲で不活性ガス中で熱処理を行うことにより、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織が得られる。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ２ＣｒＳｉの組成からなる、Ｒｕなどの重金属を含まないハーフメタル磁性合金インゴットを、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることを目的として熱処理することを特徴とする、ハーフメタル磁性合金の製造方法
【請求項２】
熱処理の温度が１３７３Ｋ以上１５２３Ｋ以下、時間が１時間以上２４０時間以下の範囲で不活性ガス中で熱処理することを特徴とする、請求項１に記載のハーフメタル磁性合金の製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は巨大磁気抵抗素子（スピンバルブ素子）、ＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）素子等に代表されるスピントロニクス・デバイスへ応用可能なハーフメタル磁性合金の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエレクトロニクス・デバイスでは電子の自由度の一つである電荷の動きを制御することで様々な機能のデバイスが作製されてきた。しかし近年は電子のもう一つの自由度であるスピンの制御による新機能デバイス（スピントロニクス・デバイス）の開発研究が盛んに行われている。
【０００３】
この様なスピントロニクス・デバイスを実現するのに有用な材料にハーフメタル強磁性体がある。この材料では、片方のスピンのバンド構造が金属的であるのに対し、他方のスピンのバンド構造が半導体的であるという特徴を有する。従ってフェルミ準位におけるスピン分極率が１００％である。
【０００４】
この様な材料を強磁性層とするスピンバルブ素子は理論上は無限大の磁気抵抗変化率を示すことが予測されており、ハードディスクの読み取りヘッド、ＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリ）素子への応用が期待されている。
【０００５】
このための基礎研究として、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）を有するＦｅ２ＣｒＳｉ及びＦｅにＲｕを置換した（Ｆｅ，Ｒｕ）２ＣｒＳｉのバンド構造を計算し、これら一連の合金がフェルミ準位において高いスピン分極率を示し、ハーフメタルとなることを理論的に予測した研究がある。この研究では、同時にまた、このＦｅ―Ｃｒ―Ｓｉ系合金においては、Ｆｅ原子とＣｒ原子またはＦｅ原子とＳｉ原子の原子交換が起こり、Ｌ２１構造が乱れても、フェルミ準位における高いスピン分極率を維持することを明らかにしている（例えば、非特許文献１参照）。これにより、Ｆｅ−Ｃｒ−Ｓｉ系合金の性能優位性が示されている。
【非特許文献１】Ｉｓｈｉｄａ，Ｍｉｚｕｔａｎｉ，Ｆｕｊｉｉ，Ａｓａｎｏ：Ｍａｔｅｒ．Ｔｒａｎｓ．，  ４７（２００６）３１−３７．
【０００６】
一方、Ｆｅ２ＣｒＳｉ系とそのＦｅの一部をＲｕで添加した化合物の構造と磁気特性を調べた研究では、Ｆｅ２ＣｒＳｉはＢ２構造であり、この合金系でＬ２１構造（ホイスラー構造）を得るにはＲｕをＦｅに対して５％以上置換する必要がある（（Ｆｅ，Ｒｕ）２ＣｒＳｉ）ことが示された（例えば、非特許文献２参照）。
【非特許文献２】Ｍａｔｓｕｄａ，Ｈｉｒｏｉ，Ｋａｗａｋａｍｉ：  Ｊ．  Ｐｈｙｓ．：Ｃｏｎｄｅｎｓ．，  １７（２００５）５８８９−５８９４．
【０００７】
非特許文献１および２によれば、Ｆｅ２ＣｒＳｉ合金で高いスピン分極率を得るにはＬ２１構造（ホイスラー構造）である必要があるが、この３元系では得られておらず、一方、ＦｅにＲｕを置換した組成であればＬ２１構造（ホイスラー構造）が実現できることが明らかとなっている。
しかしＲｕは高価であり、しかも重金属であることから環境負荷が大きく、その実用化には問題がある。したがってＲｕを用いることなくＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ３元系のみでＬ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることが期待される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、もっともスピン分極率が高いと期待されるＦｅ２ＣｒＳｉ組成で、しかもＲｕ等の高価で環境負荷の大きい重金属元素を用いること無く、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得るための製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
発明者らは、このような経過において鋭意研究を重ねた結果、本発明を完成するに至った。
すなわち、第１の発明として、Ｆｅ２ＣｒＳｉの組成となるように各原料を秤量、配合し、これをアーク溶解法または高周波溶解法で溶解し、インゴットを得る。  このインゴットをＬ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることを目的として熱処理を行う製造方法を提案した。さらに第２の発明として、第１の発明における熱処理の条件として、温度が１３７５Ｋ以上１５２３Ｋ以下において、１時間以上２４０時間以内の範囲で不活性ガス雰囲気中で熱処理することにより、Ｌ２１構造の単相組織を得る製造方法を提案した。
【発明の効果】
【００１０】
以上述べたように、本発明の製造条件を最もスピン分極率が高いと期待されるＦｅ−Ｃｒ−Ｓｉ３元系合金に適用することで、高価で環境負荷の大きいＲｕを用いることなく、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態について、実施例にもとづき図を用いて詳細に説明する。しかし、本発明はこの実施例のみに限定されるものではない。
【実施例】
【００１２】
図１は、ハーフメタル磁性体のバンド構造（状態密度）を模式的に示した図である。図２は、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）でＸ２ＹＺ組成の原子配列を模式的に示した図である。図３はＢ２構造でＡＢ組成の原子配列を模式的に示した図である。
【００１３】
実施例においてはＦｅ，Ｃｒ，Ｓｉの各原料の所定量を秤量し、混合して、更にそれをアーク溶解法にて溶解してＦｅ２ＣｒＳｉの組成のインゴットを作製した。得られたインゴットについてＬ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることを目的に熱処理を行った。また様々な温度および時間で熱処理を行い、その最適条件を検討した。得られた試料について、Ｘ線回折による結晶構造解析、組織観察、磁気測定を行った。得られた結果の代表例を図４〜８に示す。
【００１４】
図４は作製した合金インゴットを１３２３Ｋで７２時間熱処理した試料のＸ線回折図形である。Ｌ２１構造（ホイスラー構造）によるピークには同定された面指数を記載してあるが、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）としては同定されないピークが４本確認されており、従って、この熱処理ではＬ２１構造（ホイスラー構造）単相でないことが明らかである。
【００１５】
図５は、図４と同じ熱処理を施した試料の光学顕微鏡写真である。これによれば明らかに２相が存在していることがわかる。
【００１６】
図６は、作製した合金インゴットを１４７３Ｋで７２時間熱処理した試料のＸ線回折図形である。Ｌ２１構造（ホイスラー構造）によるピークには同定された面指数を記載してあるが、これ以外の結晶構造を示す回折ピークは観測されていない。すなわち、この熱処理条件では、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）のみが得られることがわかる。
【００１７】
図７は、図６と同じ熱処理を施した試料の光学顕微鏡写真である。これによれば異相の存在は確認できず、試料が単相組織であることを示している。図６の結果とあわせて考えると、この熱処理を施した試料がＬ２１構造（ホイスラー構造）のＦｅ２ＣｒＳｉ単相組織であることが明らかである。
【００１８】
図８は、図６と同じ熱処理を施した試料の、室温で測定された磁化曲線である。飽和磁化は４９  ｅｍｕ／ｇである。この値は理論値と良く一致している（非特許文献１参照）。すなわち、この熱処理を施した後の状態は、磁気的性能から見てもＦｅ２ＣｒＳｉ組成で、かつＬ２１構造単相であると考えられる。
【００１９】
以上の様に、インゴットにＬ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることを目的として熱処理を行うこと、またその熱処理条件を、熱処理温度、時間を様々に変えて検討した。その結果、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織を得ることを目的とした熱処理を行う製造条件が有効であることを明らかにした。またその熱処理条件として、１３７３Ｋ以上１５２３Ｋ以下の温度範囲で、また熱処理時間は１時間以上２４０時間以下の範囲であれば、Ｌ２１構造（ホイスラー構造）の単相組織が得られることを明らかにした。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上述べたように、スピントロニクス・デバイスを実現するのに、ハーフメタル磁性合金は有用であり、その中でもホイスラー型ハーフメタル磁性体に対する期待は高い。従って、例えばスピンバルブ素子の強磁性層に本材料を適用することで，高速回転，高密度記録に対応可能なハードディスクの読み取りヘッド，あるいは消費電力の低いＭＲＡＭ（磁気ランダムアクセスメモリー）素子等の各種スピントロニクス・デバイスの実現を促進するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】ハーフメタル磁性体のバンド構造（状態密度図）を模式的に示した図である。
【図２】Ｌ２１構造（ホイスラー構造）でＸ２ＹＺ組成の原子配列を模式的に示した図である。
【図３】Ｂ２構造でＡＢ組成の原子配列を模式的に示した図である。
【図４】１３２３Ｋで７２時間熱処理したＦｅ２ＣｒＳｉのＸ線回折図形を示す図である
【図５】１３２３Ｋで７２時間熱処理したＦｅ２ＣｒＳｉの組織の光学顕微鏡写真を示す図である。
【図６】１４７３Ｋで７２時間熱処理したＦｅ２ＣｒＳｉのＸ線回折図形を示す図である
【図７】１４７３Ｋで７２時間熱処理したＦｅ２ＣｒＳｉの組織の光学顕微鏡写真を示す図である。
【図８】１４７３Ｋで７２時間熱処理したＦｅ２ＣｒＳｉの磁化曲線を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１（Ｘ）、  Ｌ２１構造のＦｅ２ＣｒＳｉ組成におけるＦｅ原子
２（Ｙ）、  Ｌ２１構造のＦｅ２ＣｒＳｉ組成におけるＣｒ原子
３（Ｚ）、  Ｌ２１構造のＦｅ２ＣｒＳｉ組成におけるＳｉ原子
４（Ａ）、  Ｂ２構造のＦｅ２ＣｒＳｉ組成におけるＦｅ原子
５（Ｂ）、  Ｂ２構造のＦｅ２ＣｒＳｉ組成におけるＣｒ原子またはＳｉ原子
【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】
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【図８】
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