垂直磁気異方性を有するハーフメタル・フルホイスラー合金の形成とそのデバイス応用

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本研究課題では，次世代不揮発メモリMRAM(Magnetic random access memory)の基本メモリそしである垂直磁化型トンネル磁気抵抗(MTJ)素子への応用に向け，完全にスピン分極したハーフメタル強磁性体に垂直磁気異方性を付与することを目的とした．特に，ハーフメタルとされるL21型フルホイスラー合金Co2FeSi(CFS)は，Feを含む合金であるため，MgOとの界面を形成すると，Fe-O結合に起因する界面の垂直磁気異方性が発現する可能性があった．まず，対抗ターゲットスパッタ法を用いて，厚さ100nmのCFS薄膜をMgO基板/非磁性Pdバッファ層上に形成し，詳細なX線回折パターンと磁化特性から，結晶性の良いL21型Co2FeSi薄膜の作製条件を確立した．次にCFS薄膜を0.6nm～2nmに極薄層化し，さらにその上にMgO層を2nmを堆積したCFS/MgO積層構造を作製した．CFS膜厚が0.6nm～1nmと非常に薄い場合で，CFS/MgO積層構造は垂直磁気異方性を示した．一方，CFS薄膜が2nmの場合では，面内磁気異方性が観測された．また，CFS膜厚が1nmの試料でもMgO層を形成しなかった場合では，面内磁気異方性が観測された．これらは，得られた垂直磁気異方性がCFS/MgO界面に起因することを示している．以上より，ハーフメタルと期待されるフルホイスラー合金Co2FeSiとMgO界面を形成することで，CFS薄膜に垂直磁気異方性を付与することに成功し，さらにその起源がCFS/MgO界面によるものだと確認した．