課題番号 ：S-18-NI-0040
利用形態 ：機器利用
利用課題名（日本語） ：垂直磁気異方性を持つコバルトフェライト薄膜を用いたスピン注入源の開発
Program Title (English) ：Development of spin-injection source using cobalt-ferrite films with perpendicular magnetic anisotropy
利用者名（日本語） ：野村幸佑1)
Username (English) ：K. Nomura1)
所属名（日本語） ：1) 名古屋工業大学　大学院工学研究科
Affiliation (English) ：1) Graduate School of Engineering, Nagoya Institute of Technology

１．概要（Summary）
　電子の電荷とともにスピン自由度を電子デバイスに利用するスピントロニクス技術は，強磁性体/非磁性体接合を基本構造としており，スピン自由度が偏った電子を強磁性体から非磁性体に注入する効率がその性能に大きく影響する．
本研究は電子が持つスピン自由度に依存してバンドギャップの大きさが異なるという強磁性絶縁体のコバルトフェライトの性質を用いたトンネル型スピンフィルター効果によるスピン偏極電子の生成法の開発を目的としている．

２．実験（Experimental）
　MgO(001)基板上の非磁性金属TiN薄膜の上に，コバルトの割合を減らしたコバルトフェライトCoxFe3-xO4+δ(x=0.0~1.0)薄膜をパルスレーザー堆積法で作製した．X線回折法による結晶構造評価，SQUID磁束計による磁化測定及び原子間力顕微鏡(AFM)による表面平坦性の評価を行った．表面平坦性の評価にはナノテクノロジープラットフォームの設備である精密形状測定装置(日本電子社製JSPM-5200TM)を用いた．
　スピン偏極電子の生成効率を評価するために， {Tb/Co}8/Pt/Co0.34Fe2.66O4+δ(6.8 nm)を基本構造とする磁気トンネル接合(MTJ)素子を作製した．MTJ素子に対して電流電圧測定によるトンネル伝導特性の評価と磁気抵抗測定によるスピン偏極電子の生成効率の評価を行った．

３．結果と考察（Results and Discussion）
　X線回折測定からCoxFe3-xO4+δ薄膜はTiN(001)膜上に001方向にエピタキシャル成長することがわかった．磁化測定からx=0.40~0.60の範囲において電子デバイスに利用した際に高集積化に有利な垂直磁化膜になっていることがわかった．AFM観察からCoxFe3-xO4+δ薄膜の表面平均粗さは1 nm以下と非常に平坦性が良いことがわかった．
　MTJ素子の電流電圧曲線は3次曲線であり，トンネル伝導を示すことがわかった．これはAFM観察から得られたCoxFe3-xO4+δ薄膜の平坦性の良さを反映している．磁気抵抗測定からシャープな磁化反転による抵抗変化は見られなかったが，外部磁場に依存した抵抗の変化が観測され，CoxFe3-xO4+δ薄膜を透過した電子はスピン自由度が偏極していることを示唆する結果が得られた．

４．その他・特記事項（Others）
なし

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）
(1) K. Naruse, M. Tanaka, K. Nomura, T. Taniguchi, S. Honda, T. Ono, and K. Mibu, Journal of Magnetism and Magnetic Materials, Vol. 475（2019）p.p. 721-726.
(2) M. Tanaka, K. Naruse, K. Nomura, T. Taniguchi, S. Honda T. Ono, and K. Mibu, International Conference on Magnetism 2018, 平成30年7月20日.
(4) 野村幸佑、田中雅章、奥野尭也、沓掛滉大、小野輝男、壬生攻, 第78回応用物理学会秋季学術講演会, 平成30年9月18日.
(その他，口頭発表1件)

６．関連特許（Patent）
なし