ハーフメタルホイスラー合金を用いた超伝導スピントロニクス素子の創製

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近年，強磁性体の伝導電子スピンや局在スピンを積極的にデバイスへ利用することを目的としたスピントロニクスの研究が盛んに行われている。この分野において，その発展や応用の拡大のために欠かせない物質が「ハーフメタル」である。このハーフメタルを電極材料に用いることによって，トンネル磁気抵抗(TMR)素子や巨大磁気抵抗(GMR)素子の特性向上が図られている。超伝導デジタル回路の半導体回路に対する優位性は，ジョセフソン素子の高速性・低消費電力性と共に，無損失性という超伝導体本来の基本的な特性に基づくものである。2019年にジョセフソン素子を用いた量子コンピュータの量子超越性が報告された。そして，今年の3月には，超伝導量子コンピュータの国産初号機の稼働を新聞各社が一斉に報じ，量子コンピュータの研究も新しい段階に入った。一方，低消費電力・低温動作可能な超伝導メモリは近年，磁束量子の保持による記録に代わり，素子内に組み込まれた磁性体の磁化の向きで記憶素子を構成する方式が提案され，その集積化の可能性から研究が一気に活性化している。そこで本研究の目的は，ハーフメタルと超伝導体を融合した新機能デバイスの開発を念頭に，ハーフメタルホイスラー合金と超伝導体を用いたエピタキシャル積層膜とサブミクロンサイズの微細加工技術を駆使し，既存のGMR素子の特性を凌ぐ超伝導スピントロニクス素子を創製に関する研究に取り組むことである。今年度まで，① 超伝導体NbNとハーフメタルホイスラー合金Co2(Fe,Mn)Siのエピタキシャル積層膜の作製を行い，② 強磁場中輸送特性の測定に取り組むことによって，NbNとCo2(Fe,Mn)Siの積層膜を特徴づける物理パラメータを決定した。次いで，③ NbNとCo2(Fe,Mn)Siを用いた面直通電型の超伝導巨大磁気抵抗(CPP-SGMR)素子を作製して，その素子特性を評価した。