強磁性トンネル接合における次世代トンネルバリア材料の探求

铁磁隧道结中下一代隧道势垒材料的探索

• 批准号: 07J01159
• 负责人: 松本 利映
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2007 至 2009
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-07J01159/
• 关键词: spintronics; TMR; MTJ; MgO

結晶MgOトンネル障壁を用いた磁気トンネル接合(MTJ)素子の巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果が2001年に理論予測され、2004年に実験的にも実現された。現在、CoFeB/MgO/CoFeB-MTJ素子を基本技術にしたハードディスク磁気ヘッドやMRAMの研究開発が現在精力的に進められているが、より高性能なMTJ素子を作製するための指針を検討するためには、MgO障壁MTJ素子におけるトンネル伝導の詳細な物理の解明が不可欠となる。単結晶MgO(001)障壁を用いたエピタキシャルMTJ素子はスピン依存トンネル伝導の物理を研究するためのモデル系である。平成21年度は、[001]方向に対してフェルミエネルギーにΔ_1バンドがない特異なバンド構造を持つCr(001)を上部電極としたエピタキシャルFe/MgO/Cr/Fe-MTJ素子の実験を行った。その素子の抵抗値のCr膜厚依存性を評価することで、Cr層はΔ_1のコヒーレントなトンネル過程に伴う電流成分に対してはトンネル障壁層として機能し、それ以外の電流成分に対しては単純に金属層として機能していることを確かめることができた。さらにこの結果を踏まえて、Δ_1のコヒーレントなトンネル過程に伴う電流と、散乱を伴うインコヒーレントなトンネル過程による電流を分離評価できる解析法を提案した。この解析法によりTMR効果の実験的な上限を決めているのは、トンネル障壁層と強磁性電極層の間にある格子不整合に起因する転位や電極界面過酸化による構造欠陥であることを明らかにした。以上の結果は、今後のMgO障壁MTJ素子の開発指針を与えるものである。

The results of TMR of MTJ elements were theoretically predicted in 2001 and realized in 2004. Now, the research and development of magnetic field and MRAM in the basic technology of CoFeB/MgO/CoFeB-MTJ elements is undergoing further progress. After discussing the pointers to the manufacture of high-performance MTJ elements, it is indispensable to provide a detailed physical explanation of the electronic conduction of MgO barrier MTJ elements. Single crystal MgO(001) barrier is used to study the physical properties of MTJ elements. In 2001, the Fe/MgO/Cr/Fe-MTJ element was formed in the upper electrode of Cr(001). The Cr film thickness dependence of the electron resistance is evaluated. The Cr layer has a current component corresponding to the function of the barrier layer and a current component corresponding to the function of the pure metal layer. The analytical method of current separation and evaluation is proposed. The analytical method is used to determine the upper limit of the ferromagnetic barrier layer. The above results show that the MgO barrier MTJ element in the future will be opened.

项目成果

Spin-dependent tunneling in epitaxial Fe/Cr/MgO/Fe magnetic tunnel junctions with an ultrathin Cr(001) spacer layer

• DOI: 10.1103/physrevb.79.174436
• 发表时间: 2009-05
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: R. Matsumoto;A. Fukushima;K. Yakushiji;S. Nishioka;T. Nagahama;T. Katayama;Yoshishige Suzuki;K. Ando;S. Yuasa

エピタキシャルMgO(001)障壁MTJ素子のTMR振動現象III-電極磁性依存性-

外延MgO(001)势垒MTJ器件的TMR振动现象III - 电极磁依赖性 -

• 发表时间: 2008
• 作者: 松本利映;等
• 通讯作者: 等

Fully epitaxial MgO-based magnetic tunnel junctions with an ultrathin Cr electrode layer

具有超薄 Cr 电极层的全外延 MgO 基磁隧道结

• 发表时间: 2008
• 作者: Rie Matsumoto;et al.
• 通讯作者: et al.

エピタキシャルFe/MgO/Fe(001)-MTJにおけるスピントルクダイオード効果

外延 Fe/MgO/Fe(001)-MTJ 中的自旋扭矩二极管效应

• 发表时间: 2009
• 作者: 松本利映;等
• 通讯作者: 等

Magnetotransport properties of MgO-based epitaxial magnetic tunnel junctions with a nonmagnetic electrode

具有非磁性电极的 MgO 基外延磁隧道结的磁输运特性

• 发表时间: 2008
• 作者: Rie Matsumoto;et al.
• 通讯作者: et al.