(57)【要約】      （修正有）【課題】Ｃｏ基でありながら高いスピン分極率を得て、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）およびトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）デバイス作製に有効なホイスラー合金を提供する。【解決手段】スピントロニクスデバイスにおけるＣｏ基ホイスラー合金で、Ｃｏの一部がＦｅで置換された合金である。望ましいＣｏ基ホイスラー合金は、Ｃｏ２ＣｒＧａのＣｏの一部がＦｅで置換された合金であり、バルク合金はＡｒガス雰囲気中でアーク溶解法等によって作製される。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピントロニクスデバイスにおけるＣｏ基ホイスラー合金であって、Ｃｏの一部がＦｅで置換されていることを特徴とするホイスラー合金。
【請求項２】
請求項１に記載のホイスラー合金において、発明１のホイスラー合金において、次の組成式1において、ｘが０．１であることを特徴とする。
（式1）
Ｃｏ２−ｘＦｅｘＣｒＧａ
その組成式Ｃｏ２−ｘＦｅｘＣｒＧａにおいて、ｘが０．１であることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スピントロニクスデバイスにおけるＣｏ基ホイスラー合金に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１ではさまざまな組成のＦｅ基ホイスラー合金について電子状態計算を行い、いくつかのものにおいて、フェルミエネルギー近傍でのアップスピン電子の状態密度が大きいために不規則化の存在の下でも高いスピン分極率が得られる可能性を示しているが、実際には、この計算で仮定した組成のホイスラー合金は熱力学的に不安定であることがあり、また一般的にＦｅ基ホイスラー合金はキュリー点が低いために実用材料になり難い。
一方、文献２ではＣｏ２ＣｒＧａ合金が理論的にはハーフメタルであることを示しているが、スピン分極率の実験結果は上記のように０．６１±０．０２であり、この規則構造の不規則化によってスピン分極率が理論値より大きく低下したと考えられる。
【非特許文献１】．  Ｓｈｕｊｉ  Ｉｓｈｉｄａ  ｅｔ  ａｌ．  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ，  Ｖｏｌ．  ４７，  ｐｐ．４６４−４７０  （２００６）  Ｆｉｇ．  ４
【非特許文献２】Ｒ．  Ｙ．  Ｕｍｅｔｓｕ  ｅｔ  ａｌ．  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｒｅｖｉｅｗ  Ｂ，  ７２，  ２１４４１２  （２００５）  ＦＩＧ．  ７
【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、Ｃｏ基でありながら高いスピン分極率を得ることを課題とした。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
発明１のホイスラー合金は、Ｃｏ２ＣｒＧａのＣｏの一部がＦｅで置換されたこと特徴とする。
【０００５】
発明２は、発明１のホイスラー合金において、次の組成式1において、ｘが０．１であることを特徴とする。
（式1）
Ｃｏ２−ｘＦｅｘＣｒＧａ
【発明の効果】
【０００６】
さまざまなＣｏ基ホイスラー合金がハーフメタルであると理論的に示されているのにもかかわらず、今までに報告されたスピン分極率の実験結果のほとんどがＰ＝１よりはるかに小さいのは、理論計算が完全なＬ２１構造を仮定している一方、現実には不規則化が起こり、本来電子状態が存在しないダウンスピンバンドにおけるギャップの中に不規則構造に起因する電子状態が構成されるためであると考えられている。スピン分極率は、＝（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が、ここからわかるようにＤ↑の値が小さければ不規則化により導入されたＤ↓よるスピン分極率低下の程度が大きい。
【０００７】
発明１によるスピン分極率の向上の理由は定かではないが、上記のような知見に基づけば、理論計算によってＤ↑が大きいことが示されているＦｅをＣｏ基合金中に導入されることで、不規則化によるスピン分極率の低下を抑制したものと思われる。
発明２では、スピン分極率を０．６７±０．０３に向上させることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
既出の理論計算から、ホイスラー構造Ｘ２ＹＺのＸ位置にＦｅをおくことで、電子のバンド構造においてフェルミエネルギー近傍の状態密度を増大させ、不規則化によるスピン分極率の低下を抑制できることが推測され、また本実施例で行ったＣｏサイトのＦｅによる微量置換を、以下に示すような他のＣｏ基ホイスラー合金について実施した場合でも同様の効果が期待できる。
Ｃｏ２ＭｎＡｌ、Ｃｏ２ＭｎＳｉ、Ｃｏ２ＭｎＧｅ、Ｃｏ２ＭｎＧａ、Ｃｏ２ＭｎＳｎ、Ｃｏ２ＦｅＳｉ、Ｃｏ２ＦｅＡｌ、Ｃｏ２ＦｅＧｅ、Ｃｏ２ＦｅＧａ、Ｃｏ２ＣｒＡｌ、Ｃｏ２ＶＡｌ
なお、前記式1において、0＜ｘ＜0.3とすることにより、従来のスピン分極率の限界である０．６１を越えることができる。
なお、ｘが0.3以上であるとスピン分極率が０．６１以下に低下すると見られる。
【実施例】
【０００９】
Ｃｏ２ＣｒＧａ（比較例）およびＣｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａ（実施例）バルク合金はＡｒガス雰囲気中でアーク溶解法によって作製した。各元素Ｃｏ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｇａ（いずれも純度９９．９％以上）を目的とする合金組成の化学両論組成どおりに秤量し、アーク溶解炉中でまずＣｏとＧａのみを溶解させた。これはＧａの融点が摂氏３０度と低いため、４種の元素をまとめて溶解した場合融点の差ゆえに偏って凝固するおそれがあり、それを避けるために、状態図からこの組成比では均一に混ざると思われるＣｏ、Ｇａの合金をまず作製した。つぎに、ＣｏＧａ合金鋳塊にＦｅとＣｒを設計合金の化学両論組成分だけ加え、アーク溶解した。その後、均一な鋳塊を得るため５回繰り返し溶解した。
【００１０】
結晶構造はＸ線回折法（ＸＲＤ）によって行い、スピン分極率は点接触アンドレーフ反射測定（ＰＣＡＲ）法によって測定した。この方法は試料をニオブから作った探針を接触させ、液体ヘリウム温度に冷却し、接点におけるコンダクタンスの印加電圧依存性を測定するものである。拡張ＢＴＫモデルを用いて測定データをスピン分極率Ｐ、界面散乱因子Ｚ、超伝導ギャップΔ、有効温度Ｔをパラメータとしフィッティングし、さまざまな接触の状態についてのＰ−ＺをプロットしＺ＝０に外挿することで、試料に固有なスピン分極率を求める。
【００１１】
図１にこれら２種類の合金のＸ線回折プロファイルを示す。いずれの場合も、Ｌ２１構造による規則格子反射は見られない。完全なＢ２規則構造の場合、Ｃｏ（Ｆｅ），  Ｃｒ，  Ｇａの原子散乱因子の組み合わせにより、Ｂ２規則格子反射の強度はほぼゼロになるはずであるが、Ｃｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａではわずかながら２００  Ｂ２ピークが確認されることから、不規則化を伴ったＢ２構造を有していることが推測される。
また、２２０ピークの肩に複数のピークが見られることから試料は単相ではなく第２相を含んでいる。図２にＰＣＡＲ法によって測定した両試料の電圧−コンダクタンス曲線を示す。
【００１２】
Ｖ＝０におけるコンダクタンスの値Ｇ（０）／ＧｎがＣｏ２ＣｒＧａに対するものよりＣｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａに対するものの方が小さいことは、Ｃｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａ  のスピン分極率はＣｏ２ＣｒＧａのそれに比べ大きいことを示しており、実際、図３に示すグラフから求めたスピン分極率は、
（ａ）  Ｃｏ２ＣｒＧａ  ではＰ＝０．６１±０．０２であるのに対し、
（ｂ）  Ｃｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａではＰ＝０．６７±０．０３と高い値を示す。
これは現在までに報告されているホイスラー合金のＰＣＡＲ法によるスピン分極率としては最高の値であり、Ｃｏ２ＣｒＧａに対しＣｏを微量のＦｅで置換する本方法が高スピン分極率化に有効であることを示している。
【００１３】
また、Ｌ２１規則化していないＣｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａにおいて比較的高いスピン分極率を示すことから、この合金が一般に規則化した合金を作成することが困難であるスパッタプロセスによる巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）およびトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）デバイス作製に有効であることが期待される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】Ｘ線回折プロファイルを示すグラフ
【図２】ＰＣＡＲ法によって測定した両試料の電圧−コンダクタンス曲線とフィッティング結果を示すグラフ
【図３】ＰＣＡＲ法によって測定した両試料のデータをさまざまなＰ−Ｚの値についてプロットし、Ｚ＝０にＰを外挿することでそれぞれの試料に固有なスピン分極率を求めることを示すグラフ。誤差は測定および外挿に起因するもの。
【図４】（２２０）基本回折スポットを励起させた２波条件での明視野透過電子顕微鏡を示す。（a）がＣｏ２ＣｒＧａ、（ｂ）がＣｏ１．９Ｆｅ０．１ＣｒＧａにそれぞれ対応する。（a）では、特定の方向に板状の析出物と見られるものが確認されるが、（ｂ）では確認されない。（a）、（ｂ）に共通してみられる不規則な線は、転位のコントラストを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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