ホイスラー合金を用いた強磁性エピタキシャルトンネル接合の製作技術と特性評価の研究

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本研究では,これまでに,Co系ホイスラー合金に属するCo_2Cr_<0.6>Fe_<0.4>Al(CCFA)の単結晶MgO基板上へのエピタキシャル成長を実証するとともに,これらの単結晶エピタキシャル薄膜とMgOトンネルバリアを組み合せた単結晶エピタキシャルMTJ(CCFA-MTJ)を製作し,室温において比較的高いTMR比である室温で42%を実証した.しかし,この以前に報告したCCFA-MTJにおけるCCFA薄膜の組成はCo_<2.0>Cr_<0.61>Fe_<0.38>Al_<0.81>と,フルホイスラー合金Co_2YZの本来の2:1:1の組成比に対し無視できない組成ずれを有していた.これに対して,本年度の研究成果として,保磁力差型CCFAIMgO/Co_<50>Fe_<50>MTJにおいて,CCFA薄膜の組成を化学量論的な値に近づけることにより,室温で90%(4.2Kで240%)に達するTMR比が得られた.さらに,上部強磁性Co_<50>Fe_<50>電極に対して反強磁性体を用いて交換バイアスを与えた構造の,交換バイアス型エピタキシャルCCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJを製作し,室温で109%,4.2Kで317%の高いTMR比が得られた.また,得られたTMR比よりB2構造を有するエピタキシャルCCFA薄膜の実効的なスピン偏極率を見積もったところ,4.2Kで0.88(室温で0.57)の高い値が得られた.この結果より,コヒーレントトンネリングによりエピタキシャルCCFA/MgO/Co_<50>Fe_<50>MTJのTMR比が増大している可能性が示唆された.以上の結果より,Co系ホイスラー合金薄膜の本質的に高いスピン偏極率を活用する上で,すべての層が単結晶エピタキシャル成長の強磁性トンネル接合の構造が有用であることを示した.