ナノスケール強磁性ドメインを利用した巨大磁気抵抗効果の微小磁場制御

磁場誘起相転移を起こすペロフスカイト酸化物薄膜を、非常に大きな飽和磁化を持つ高透磁率軟磁性体薄膜で挟み込んだサンドイッチ構造の薄膜を作成し、微少磁場によって大きな磁気抵抗変化を生み出す物質の創製と、新たな物理現象の発現をねらった。本研究では、そのような物質探索を行う際に、軟磁性材料としてFeTaC、Feナノ基結晶を選んだ。この物質では、スパッタ法によりアモルファス化した薄膜を作成した後、真空中で熱処理し、アモルファス内にFeの微結晶を析出させることによって高透磁率軟磁性体を実現することができる。我々の研究の特徴の一つは、スパッタとして従来のマグネトロンスパッタに加えて高周波コイルをもつヘリコンスパッタを用いたことである。ヘリコンスパッタでは、従来のスパッタに比べて高密度プラズマをたてることができるので、ターゲットと基板の間隔を長くとれることや、低圧スパッタが可能であり、高品位の膜の作成が可能であると言われている。現在までに、ターゲットが含むFe,Ta,Cの比や、スパッタ時のArガス圧、スパッタパワー、高周波コイルのパワーなどの最適条件を見いだすためにかなりの時間を費やした。しかし、残念ながら、アモルファスではなく、最初からFeが結晶化している膜しか得られていない。これは、ヘリコンスパッタの特徴がかえってマイナスに働いてしまった可能性もあるが、低圧、低スパッタパワーの条件では、結晶性が悪くなる傾向がみられており、現在も継続して最適条件の探求を行っている。ただし、比較のために作成したCrの薄膜では、ロッキングカーブのFWHMで0.2度というかなり高品位な(002)配向をもった薄膜を作成することに成功した。Fe/Cr多層膜は、最初に巨大磁気抵抗効果が見いだされた物質であり、今後、この高配向Cr膜とFeTaCの多層膜も研究対象にする予定である。

磁場誘起相転移を起こすペロフスカイト酸化物薄膜を、非常に大きな飽和磁化を持つ高透磁率軟磁性体薄膜で挟み込んだサンドイッチ構造の薄膜を作成し、微少磁場によって大きな磁気抵抗変化を生み出す物質の創製と、新たな物理現象の発現をねらった。本研究では、そのような物質探索を行う際に、軟磁性材料としてFeTaC、Feナノ基結晶を選んだ。この物質では、スパッタ法によりアモルファス化した薄膜を作成した後、真空中で熱処理し、アモルファス内にFeの微結晶を析出させることによって高透磁率軟磁性体を実現することができる。我々の研究の特徴の一つは、スパッタとして従来のマグネトロンスパッタに加えて高周波コイルをもつヘリコンスパッタを用いたことである。ヘリコンスパッタでは、従来のスパッタに比べて高密度プラズマをたてることができるので、ターゲットと基板の間隔を長くとれることや、低圧スパッタが可能であり、高品位の膜の作成が可能であると言われている。現在までに、ターゲットが含むFe,Ta,Cの比や、スパッタ時のArガス圧、スパッタパワー、高周波コイルのパワーなどの最適条件を見いだすためにかなりの時間を費やした。しかし、残念ながら、アモルファスではなく、最初からFeが結晶化している膜しか得られていない。これは、ヘリコンスパッタの特徴がかえってマイナスに働いてしまった可能性もあるが、低圧、低スパッタパワーの条件では、結晶性が悪くなる傾向がみられており、現在も継続して最適条件の探求を行っている。ただし、比較のために作成したCrの薄膜では、ロッキングカーブのFWHMで0.2度というかなり高品位な(002)配向をもった薄膜を作成することに成功した。Fe/Cr多層膜は、最初に巨大磁気抵抗効果が見いだされた物質であり、今後、この高配向Cr膜とFeTaCの多層膜も研究対象にする予定である。