2007 年 （第 23 回）

日本国際賞受賞記念講演会

平成 19 年 4 月 18 日 ( 水 )13:00 ～ 16:00
経団連会館

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2007 年（第 23 回）日本国際賞受賞者

ペーター・グリュンベルク

博士（ドイツ）ドイツ・ユーリヒ固体物理研究所
1939 年生れ

授賞業績：
巨大磁気抵抗効果 (GMR) の発見と革新的スピンエレクトロニクス・デバイスの創生

磁性体積層構造におけるスピン輸送現象
磁性材料、 とりわけ磁性体薄膜は、 ハードこれから論ずる基本構造もよく似たものでディスク ・ ドライブが 1950 年代に初めて導入す。 非磁性の中間層 B を、 磁化 M1 と M2 をされて以来、 近年の大量データストレージ、もつ 2 枚の強磁性膜 A と C で挟んだ三層膜

さらには、 ＩＴの根幹を成してきました。 薄膜です。 薄膜 A と C は一般に金属としますが、磁性の分野における広範な研究を通じて複B は金属、 半導体、 絶縁体のいずれでも構雑な層状磁性系の物性についての理解が深いません。 ＡからＣへの電子の遷移の際に、まり、 その基礎の上に立って過去数十年の間弾性または非弾性電子散乱、 反射、 トンネリに磁気データストレージの容量は飛躍的に増ングなどのさまざまな微視的な過程が起こりま大しました。 この 20 年間にはパラダイムの転す。 それらの過程はスピン依存性をもちます。

換も起こりました。 薄膜の磁性に関する当初

すなわち、 量子化軸の役割をする局所的なの研究は主に材料の磁性に重点を置くもので磁化に対して個々の電子スピンがどの方向をしたが、 この 20 年にわたって年々スピン輸送向いているかに依存するのです。

効果に関心の中心が移ってきました。 それは、中間層の材料の電子的性質に応じ、 上に述マイクロエレクトロニクスに直結するものであり、べたような電荷やスピン輸送の微視的な過程電荷とスピンの両方の輸送現象を活用する新が作用して、 さまざまな現象が観察されます。

しい研究分野、 スピントロニクスの出現に至っ中間層が金属の構造では、 大半の場合、 振たのです。 1986 年の層間交換結合 （IEC）

動的な IEC が観察されますが、 これは主にスの発見と、 それに続く 2 年後の巨大磁気抵

ピン依存界面反射率と多重干渉によるもので抗効果 （GMR） の発見を引き金に、 IEC やす。 金属のみで構成される三層構造におけるGMR と同様、 非強磁性スペーサーを挟んだスピン依存散乱は、巨大磁気抵抗効果（GMR）2 枚の強磁性薄膜間における電子スピンの輸をもたらす主要なメカニズムです。 しかしなが送を基盤とする現象に関して、 さまざまな実ら、 スピン依存散乱の概念をさらに推し進める験が相次いで行われました。と、 さらに極めて興味深いことに行き着きます。

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界面に垂直な方向に流れる電流によってスピ得たデータと比較して、 結論を引き出したいとンモーメントが１つの強磁性層 （固定層 ； 磁思います。 金属以外の中間層で IEC が観測

化 Mfixed）からもうひとつの強磁性層（自由層；されたのは、 これまでのところ、 珪素 (Si) およ磁化 Mfree） へ輸送されることにより、 自由層び酸化マグネシウム (MgO) を中間層とした構の磁化 Mfree にトルクが生じます。 電流密度造に限られています。 良好な格子秩序をもつが十分高ければ、 スピン輸送トルクは電極のエピタキシャル Si においては、 IEC は驚くほ磁化に大きな影響を及ぼすに十分な大きさにど強く、 大半の金属の中間層よりもほぼ一桁なるでしょう。 この結果スピン輸送トルクによっも大きな値を示しました。 現在通用している理てマイクロ波帯の磁気励起が生成することがあ論に基づけば、 この研究結果からは Si を障りますが、 これは電流駆動で起きた磁化反転壁層とした大きな TMR が期待されますが、 この動的過程として生じるものです。 低磁界にの系で TMR は事実上存在しないことが判明しおいては、 電流誘起磁化反転 （CIMS） が観ています。 他方、 良好な格子秩序をもつ Fe測されます。 CIMS では、 スピン輸送トルクにまたは （100） 配向したテキスチャーをもつ Fe

よって自由層の磁化 Mfree が電流の極性に応で挟んだ MgO 中間層では、 弱い結合を示し、じて固定層の磁化 Mfixed 方向と平行または500% 超の 「巨大 TMR」 となりました。 この違反平行に配向します。

いについては、 まず自由電子モデルに基づ一方、 中間層が絶縁体や半導体の場合状き議論を進め、 次にコヒーレントトンネリングに況は異なります。 絶縁層内に浸みだした電も拡大して簡単に論じたいと思います。 これに子状態がエバネセント状態であり、 絶縁障壁関連して、 MgO の中間層を多結晶ホイスラ合を越えてスピン依存トンネリングが起きるため、金とコバルト鉄 (CoFe) の薄膜で挟んだ構造で大半の場合振動しない IEC が観察され、 概の TMR の結果についても概説します。 私た

略図に示すようなトンネル磁気抵抗 （TMR）

ちの実験では、 室温 （RT） で 90% という注目効果を生み出します。 最近では絶縁体の中すべき TMR を得ることができました。

間層でも、 CIMS が観測されています。

次 に 金 属 の 中 間 層 に つ い て 検 討 し ま す。

上記の現象は、 理論的には、 伝導電子がGMR を簡単に論じた後に、 CIMS の物理像を磁性層 A から中間層 B を経て磁性層 C へス明らかにして、 金属障壁および絶縁体障壁のピンに依存する透過と界面反射をうけることに場合の IEC と比較します。 続いて、 単結晶磁基づいて説明されます。 この描像は概念的に

気ナノピラーにおける CIMS の結果を紹介しまは単純ですが、 A、 B、 C 層の材料パラメータす。に基づいてこの効果の信頼性のある予測をす

ここで取り上げる現象の用途は、 主に磁気ることは、ときにはうまくいく場合があるとしても、情報ストレージの分野におけるものですが、一般的には難しいことです。

小さなパーツから大型車両や航空機に至るま

この講演では、 まず、 中間層が絶縁体おでそれらの位置や移動のモニタリングにも活よび半導体の構造における IEC に焦点を置用できるものです。 また、 生体臨床医学、 抗き、 鉄 (Fe)/ 珪素 (Si)/ 鉄 (Fe) 系で得られた原の検出などにも新たな用途が進展している

我々の結果の一部について概説し、 それらようです。 こうした可能性についても簡単に触を、 中間層を金属としたものを含め文献かられたいと思います。

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