【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.25】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NI1701

利用課題名 / Title

トンネル型スピンフィルター効果の観測に向けたバリウムフェライト薄膜の作製

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋工業大学 / Nagoya Tech.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

スピントロニクス/ Spintronics,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope

利用者と利用形態 / User and Support Type

利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)

足立 亮太

所属名 / Affiliation

名古屋工業大学大学院工学専攻物理工学系プログラム

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

田中雅章

利用形態 / Support Type

（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-

利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NI-017：精密形状測定・局所磁気測定・局所電気特性評価装置

報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

導電体薄膜に挟まれた薄い強磁性絶縁体薄膜を電子がトンネル効果により透過する場合、電子が持つスピン自由度によりトンネルバリアの高さが異なるため、その透過確率は電子が持つスピン自由度により異なる。トンネル型スピンフィルター効果と呼ばれるこの効果を用いることで、スピン自由度が偏った電子を非磁性金属に注入することが可能とされている。バリウムフェライト（BaFe₁₂O₁₉、BaM）はマグネトプランバイト構造を持つ強磁性絶縁体である。BaMはc軸方向に強い磁気異方性を持つため、c軸配向させたBaM薄膜は垂直磁化膜になる。本研究では垂直磁気異方性を持つバリウムフェライトによるトンネル型スピンフィルター効果の観測を目的として、トンネル伝導に適した結晶性、垂直磁気異方性、平坦性に優れたBaM薄膜の作製条件の探索を行った。

実験 / Experimental

サファイアc面基板上に電子ビーム蒸着によりバッファ層のプラチナを成膜した後、パルスレーザー堆積法を用いて膜厚7 nmのBaM薄膜を成膜した。成膜後の試料は赤外線アニール炉を用いて900℃で10分から180分間のアニール処理を行った。「NI-017：精密形状測定・局所磁気測定・局所電気特性評価装置」を用いて試料の表面形状の観察を行った。また、X線回折測定とSQUID磁化測定を用いて試料の結晶性と磁気的性質をそれぞれ調べた。

結果と考察 / Results and Discussion

表面観察から。90分のアニール処理を行った試料でも表面平均粗さが0.6 nm程度と表面平坦性は良いが、180分のアニール処理を行った場合は表面平均粗さが20 nm以上と悪いことがわかった。これは、長時間のアニール処理によりバッファ層のプラチナが凝集したためと考えられる。X線回折測定から、90分のアニール処理を行った場合、BaM薄膜がc軸方向に配向することがわかった。また磁化測定の結果から、90分のアニール処理を行った場合、飽和磁化が400 kA/m以上でバルクの値に近く、また垂直磁気異方性を有することがわかった。本研究から90分のアニール処理を行うことで結晶性、垂直磁気異方性、平坦性に優れたBaM薄膜が作製できることがわかった。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations

その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

成果発表・成果利用 / Publication and Patents

論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. 足立 亮太、田中 雅章、小見山 遥、小野 輝男、日原 岳彦、壬生 攻, "スピン偏極電子の生成源のための白金層上へのバリウムフェライト垂直磁化絶縁層の作製", 第85回応用物理学会秋季学術講演会（新潟）, 令和6年9月19日
2. 田中 雅章，足立 亮太，小見山 遥，小野 輝男, 日原 岳彦，壬生 攻, "トンネル型スピンフィルター素子に向けたPt層上のバリウムフェライト垂直磁化薄膜の作製", 第48回 日本磁気学会学術講演会（秋田）, 令和6年9月27日
3. 足立 亮太、田中 雅章、小見山 遥、小野 輝男、日原 岳彦、壬生 攻, "垂直磁化方式のトンネル型スピンフィルター素子に向けたPt電極上のBaFe12O19垂直磁化膜の作製と評価", IEEE Magnetics Society Nagoya Chapter若手研究会（三重）, 令和7年2月10日
4. 足立 亮太、田中 雅章、小見山 遥、小野 輝男、日原 岳彦、壬生 攻, "白金電極上のバリウムフェライト垂直磁化膜の作製とトンネル伝導特性の評価", 第72回応用物理学会春季学術講演会（千葉）, 令和7年3月15日

特許 / Patents

特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件