作成者： 窪田 崇秀（東北大金研）

2018年度 提案書 （Web公開用）

研究プロジェクト名： ホイスラー合金磁気抵抗素子の高出力化と局所磁性評価
概要： 本研究では、ホイスラー合金を用いた磁気抵抗素子の高出力化のための材料探索と、磁気抵抗変化率（∝出力）に影響を及ぼすと考えられる、多層積層膜における界面の微細構造を調査することを目的とする。新規磁性材料、又は中間層材料の採用による高出力素子の実現と、磁気抵抗変化率と界面近傍の構造及び局所磁性の関係を明らかにすることを目指す。
コアメンバー： 高梨グループ（東北大）、壬生・田中グループ（名古屋工業大）期待される研究成果： ホイスラー合金として、実績のあるコバルト系のフルホイスラー合金に加え、逆ホイスラー型のハーフメタル材料や新規中間層材料などを幅広く検討することにより、素子の高出力化を実現する。また、メスバウ
アー分光法を用いることで、磁気抵抗効果と界面局所の物性との関係を系統的に議論することで、高出力磁気抵抗素子作製のための新たな知見が得られるものと期待される。

YX

ホイ スラ ー合金磁性層

Z

非磁性中間層3I
2-ray
23.8 keV

ホイ スラ ー合金v
E  E0 (1  )
cI

磁性層

12

Energylevelof 119Sn nuclei

メ スバウア ー効果

新規材料探索＆界面物性の議論→素子の高出力化と 新し い知見

作成者： 窪田 崇秀（東北大金研）

2016年度 報告書 （Web公開用）

研究プロジェクト名：
ホイスラー合金磁気抵抗素子の高出力化と局所磁性評価
概要： 本研究では、ホイスラー合金を用いた磁気抵抗素子の高出力化のための材料探索と、磁気抵抗変化率（∝出力）に影響を及ぼすと考えられる、多層積層膜における界面の微細構造を調査することを目的とする。新規磁性材料、又は中間層材料の採用による高出力素子の実現と、磁気抵抗変化率と界面近傍の構造及び局所磁性の関係を明らかにすることを目指す。
研究成果（実施状況）：
ホイスラー合金磁気抵抗素子用の非磁性中間層材料として、L12規則相のAg3Mgに着目した。
作製条件を最適化することで、L12相に規則化したAg3Mg中間層とCo2Fe0.4Mn0.6Si (CFMS)ホイスラー合金との積層膜の作製に成功し(右図(a))、従来素子（Ag中間層）よりも大きい20mΩμｍ2の面積抵抗値変化が得られた（右図(b), 発表論文[1]）。
また、Fe/Ag/Co2FeGe素子に於いて、磁気抵抗効果と局所磁性との関係をメスバウアー分光を用いて調査し、局所的な秩序の有無が磁気抵抗効果の大小に寄与することを示唆する実験結果を得た。

(a)

CFMS

(b)

Ag3Mg
CFMS
図 (a) Co2Fe0.4Mn0.6Si (CFMS)/Ag3Mg/CFMS積層膜の高角散乱環状
暗視野走査透過顕微鏡（HAADF‐STEM)像。Ag3Mg層部分にL12相に起因する周期的なコントラストが確認できる。(b) 作製したCPP‐GMR
素子の磁気抵抗曲線。発表論文[1] ©IOP Publishing 2017.

主要発表論文等：[1] T. Kubota et al., J. Phys. D: Appl. Phys. 50, 01404 (2017).
[2] Z. Wen et al., Appl. Phys. Lett. 110, 102401 (2017).

2017年度 報告書 （Web公開用）

作成者： 窪田 崇秀（東北大金研）

研究プロジェクト名：
ホイスラー合金磁気抵抗素子の高出力化と局所磁性評価
概要：
本研究では、ホイスラー合金を用いた磁気抵抗素子の高出力化のための材料探索と、磁気抵抗変化率（∝出力）に影響を及ぼすと考えられる、多層積層膜における界面の微細構造を調査することを目的とする。新規磁性材料、又は中間層材料の採用による高出力素子の実現と、磁気抵抗変化率と界面近傍の構造及び局所磁性の関係を明らかにすることを目指す。

606560405550204540-5000H (mT)50

MRint ratio (%)

RA (×10-3 Ω µm2)

70(a) Tanneal = 550°C

MRint ratio (%)

研究成果（実施状況）：
ホイスラー合金Co2Fe0.4Mn0.6SiとL12型
規則合金中間層Ag3Mgを用いたCPPGMR素子の各種作製条件を最適化し、高出力化に成功した（図及び論文[1]）。
また、原子層交互蒸着で作製した
Co2FeGe/Agエピタキシャル積層膜界面の、規則相存在割合の成長温度（Td）依存性をメスバウアー分光測定により調査し、500 ºCまでB2規則相が維持され、上限となるTdはCo2FeGe層側の積層順に依存しないことを確認した。

7060 (b)50403020100400
500600Tanneal (°C)

700

図: Co2Fe0.4Mn0.6Si/Ag3Mg/Co2Fe0.4Mn0.6Si CPP-GMR
素子の(a) 磁気抵抗曲線と(b) 磁気抵抗変化率（MRratio）の熱処理温度（Tanneal）依存性[1]主要発表論文等： [1] T. Kubota et al., Phys. Rev. Materials 1, 044402‐1 – 7 (2017).
[2] T. Kubota et al., Materials 11, 219‐1 – 9 (2018).

2018年度 報告書 （Web公開用）

作成者： 窪田 崇秀（東北大金研）

研究プロジェクト名：
ホイスラー合金磁気抵抗素子の高出力化と局所磁性評価
概要： 本研究では、ホイスラー合金を用いた膜面垂直通電型磁気抵抗素子（CPP-GMR素子）の高出力化のための材料探索と、磁気抵抗変化率（∝出力）に影響を及ぼすと考えられる、多層積層膜における界面の微細構造を調査することを目的とする。新規磁性材料、又は中間層材料の採用による高出力素子の実現と、磁気抵抗変化率と界面近傍の構造及び局所磁性の関係を明らかにすることを目指す。
(a) No insert

150

T = 10 K (Tmax)

100250 K
300 K

500-400

2000H (Oe)

400MR ratio (%)

200

MR ratio (%)

研究成果（実施状況）： ホイスラー合金
Co2Fe0.4Mn0.6Si と L12型規則合金中間層 Ag3Mg
を用いた CPP-GMR素子界面に挿入する、磁性・非磁性の極薄層が磁気抵抗効果に及ぼす影響を調査した。その結果、Mg挿入により、層間の相互拡散が抑制され高バイアス下での出力特性が向 上 す る 可 能 性 を 見 出 し た [1] 。 ま た 、Co2FeGe/Agエピタキシャル積層膜界面におけるCo2FeGe層の規則度をメスバウアー分光測定により評価するとと もに、同様 の 条件 で作 製 した
CPP-GMR 素子における磁気抵抗効果との関連性を議論した[2]。

150100(b) tMg: 0.6 nm
T = 10 K
250 K
25 K (Tmax)
300 K

500-800 -400

0400 800

H (Oe)

図: Co2Fe0.4Mn0.6Si/Mg (tMg)/Ag3Mg/Mg (tMg)/Co2Fe0.4Mn0.6Si
CPP-GMR素子の磁気抵抗曲線(a) Mg挿入層無（tMg: 0）(b) tMg:0.6 nm [1]。(b)において、10 Kまで磁気抵抗変化率の増大が見られており、Mn等の拡散が抑制されていることが示唆される。

主要発表論文等： [1] T. Kubota et al., J. Magn. Magn. Mater. 474, 365 (2018),[2] N. Nakatani et al., J. Magn. Magn. Mater. 464, 71 (2018).