【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.01】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5239
利用課題名 / Title
磁気機能デバイスの開発
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
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）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization
【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）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies
キーワード / Keywords
量子効果/ Quantum effect,X線回折/ X-ray diffraction,電子線リソグラフィ/ EB lithography,スピントロニクス/ Spintronics,スパッタリング/ Sputtering,ボンディング/ Bonding
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)
桜庭 裕弥
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
中谷 友也,首藤 浩文,周 偉男
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
大谷 まさみ,河野 久雄,簑原 郁乃
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
NM-635：電子ビーム描画装置 [ELS-BODEN100]
NM-626：触針式プロファイラー [Dektak XT-A #1]
NM-204：多目的X線回折装置_Cu_SSL
NM-207：電界放出形電子線プローブマイクロアナライザー装置
NM-605：水蒸気プラズマ洗浄装置 [AQ-500 #1]
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
スピントロニクス領域における、巨大磁気抵抗効果、異常ホール効果は、磁気メモリ、高周波発振素子などのさまざまな用途に利用可能である。利用者らの研究グループでは、このようなスピントロニクス応用に向けたデバイス材料・デバイス構造の研究開発をおこなっており、ARIMの装置群を利用して、材料特性評価およびデバイス作製を実施した。
実験 / Experimental
グループ所有のマグネトロンスパッタリング装置を用いて、高い正のスピン分極を有するCo基ホイスラー合金、高い異常ホール効果を示すCo2MnAlホイスラー合金、負のスピン分極を有するMn2VAlホイスラー合金のデバイス薄膜を作成し、「多目的X線回折装置」による構造解析、「電界放出形電子線プローブマイクロアナライザー装置」による組成分析、「触針式プロファイラー」による膜厚の解析を行った。さらに、「電子ビーム描画装置」などの微細加工装置を利用し、ナノサイズの面直型の通電素子（CPP-GMR素子）へと加工を行い、デバイス特性を評価した。
結果と考察 / Results and Discussion
CPP-GMR素子において、コバルト基ホイスラー合金のダンピング定数と磁化反転に必要な電流との関係を調査し、ホイスラー合金のハーフメタル性に起因する低ダンピングが、磁化反転の閾値電流を大きく低減できることを示した。また、コバルト基ホイスラー合金であるCo2Mn(x)Fe(1-x)Ge材料における組成と磁気抵抗効果の関連を、組成傾斜膜を用いて詳細に調べ、磁気抵抗効果を最大化する組成を明らかにした。これらの成果は、データセンタにおける主たる記録装置であるハードディスクにおける、読み出し・書き込みの性能向上を実現し、ハードディスクの容量増加に寄与することが期待される。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
Co2MnxFe1-xGeを磁性層として有するCPP-GMR素子において測定したMR比の組成依存性
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)
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Vineet Barwal, Large magnetoresistance and high spin-transfer torque efficiency of Co2MnxFe1−xGe (0 ≤ x ≤ 1) Heusler alloy thin films obtained by high-throughput compositional optimization using combinatorially sputtered composition-gradient film, APL Materials, 12, (2024).
DOI: https://doi.org/10.1063/5.0226638
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Hirofumi Suto, Negative spin polarization and effect of composition on the atomic order and electronic structure of
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.8.114408
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
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