間欠反応スパッタ法によるCo/Al-O変調酸化多層膜のトンネル伝導と磁化過程

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Co-Al-O等のグラニュラー合金薄膜は、その組成・ナノ構造に応じて優れた高周波軟磁気特性やトンネル型の新奇な巨大磁気抵抗を示し、機能性材料として注目すべき物質系である。そこで本研究では、Co-Al合金などを間欠反応スパッタし、ナノ構造制御とそれに伴う磁気伝導物性を詳細に調べた。ここで、間欠反応スパッタとは、Arスパッタ中に間欠的にO_2を導入し変調酸化多層膜やグラニュラー構造薄膜を作製する手法である。以下に、得られた成果の概要を示す。(1)高精度マスフローコントローラをスパッタ装置に取り付け、精度良く間欠反応スパッタが出来るように装置改造を行った。その性能評価の結果、数ナノメートルという非常に小さい周期の変調酸化多層膜を作製することが出来た。X線構造解析により、明瞭な変調構造が観測出来た。(2)種々のナノ構造を有するCo-Al-O薄膜を作製し、トンネル伝導と巨大磁気抵抗を詳細に調べた。その結果、純Coと化学量論比のAl酸化物が生成したと考えられるとき、比抵抗に比較してトンネル活性化エネルギーが大きくなり、同時に巨大磁気抵抗も増大することを見出した。(3)間欠反応スパッタ法により、Fe酸化物薄膜、Fe/Fe酸化物変調多層膜の作製も行い、大きな交換磁気異方性が生じていることを見出した。このことは、Co-Al-O、Fe-Mg-O等のトンネル型巨大磁気抵抗を示すグラニュラー構造薄膜の磁化過程に、Co酸化物やFe酸化物に起因する磁気異方性が重要な役割を果たしている可能性を示唆している。なお、本研究で得られた知見の一部は、研究代表者が共著者となっている論文(裏面研究発表欄に記載)に発表されている。