磁性ワイル半金属磁気トンネル接合

磁性ワイル半金属を強磁性電極とする磁気トンネル接合(MTJ)は、104%を超える巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)比を示すことが理論的に予想されている。しかし、磁性ワイル半金属を用いたMTJにおけるTMR効果は，実験的には明らかになっていない。本研究では、磁性ワイル半金属を利用した新規TMR効果の発現を目的として、磁性ワイル半金属と考えられているCo基ホイスラー合金Co2MnGaを強磁性電極とする保磁力差型MTJを作製し、そのTMRを調べた。まず、MgO 基板上にスパッタリングと電子線蒸着を用いて、MgOトンネル障壁層をCo2MnGa 強磁性電極で挟んだMTJの積層構造を成膜した。そして、作製した積層構造を電子線リソグラフィー、フォトリソグラフィー、Arイオンミリングを用いて、接合面積がミクロンサイズからサブミクロンサイズのピラー形状素子に加工し、室温で素子抵抗の面内磁場依存性を測定した。外部磁場の掃引に伴って、上部、下部Co2MnGa強磁性電極の相対的な磁化方向の変化を反映した明確なTMR効果が観測された。しかし、TMR比は室温で約70％であり、理論的に予測されていたような巨大なTMR比は得られなかった。この低いTMR比の要因として、今年度に作製したMTJでは，高抵抗磁化配置の抵抗値が磁場に対して一定でなかったため，反平行磁化配置が不安定であること，また，Co2MnGaの組成や熱処理条件を最適化していないため，Co2MnGaの組成ずれや熱処理の際のMn拡散が起きている可能性があることなどが考えられる。

磁性ワイル半金属を強磁性電極とする磁気トンネル接合(MTJ)は、104%を超える巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)比を示すことが理論的に予想されている。しかし、磁性ワイル半金属を用いたMTJにおけるTMR効果は，実験的には明らかになっていない。本研究では、磁性ワイル半金属を利用した新規TMR効果の発現を目的として、磁性ワイル半金属と考えられているCo基ホイスラー合金Co2MnGaを強磁性電極とする保磁力差型MTJを作製し、そのTMRを調べた。まず、MgO 基板上にスパッタリングと電子線蒸着を用いて、MgOトンネル障壁層をCo2MnGa 強磁性電極で挟んだMTJの積層構造を成膜した。そして、作製した積層構造を電子線リソグラフィー、フォトリソグラフィー、Arイオンミリングを用いて、接合面積がミクロンサイズからサブミクロンサイズのピラー形状素子に加工し、室温で素子抵抗の面内磁場依存性を測定した。外部磁場の掃引に伴って、上部、下部Co2MnGa強磁性電極の相対的な磁化方向の変化を反映した明確なTMR効果が観測された。しかし、TMR比は室温で約70％であり、理論的に予測されていたような巨大なTMR比は得られなかった。この低いTMR比の要因として、今年度に作製したMTJでは，高抵抗磁化配置の抵抗値が磁場に対して一定でなかったため，反平行磁化配置が不安定であること，また，Co2MnGaの組成や熱処理条件を最適化していないため，Co2MnGaの組成ずれや熱処理の際のMn拡散が起きている可能性があることなどが考えられる。