全く磁化の無い新しいハーフメタルの創製に成功 ～超高密度磁気メモリや磁気センサなどへの応用に期待～

全く磁化の無い新しいハーフメタルの創製に成功～超高密度磁気メモリや磁気センサなどへの応用に期待～

2022年6月28日 11:00 | プレスリリース?研究成果

【本学研究者情报】

〇东北大学金属材料研究所　准教授　千星聡
东北大学金属材料研究所　教授　梅津理恵

【発表のポイント】

独自の物质开発指针を基に、理想的な反强磁性的ハーフメタルの合成に成功しました。
开発指针の信凭性が実証できたので、今后の反强磁性的ハーフメタルの探索が加速されます。
反强磁性的ハーフメタルを利用した超高机能な电子デバイスの実现が期待されます。

【概要】

高度滨罢化社会を支える基盘技术には、超低消费电力、高速演算等の性能を持つ电子デバイスが必要不可欠です。これを受けて、デバイスの性能を飞跃的に向上させる物质として「ハーフメタル^*1」と呼ばれる物质群が盛んに研究されています。これまで开発されたハーフメタルは强磁性体が中心でした。もし、ハーフメタルが反强磁性^*2的であれば、外部への漏れ磁场が発生せず、高密度に集积してもデバイス内での磁気的相互作用による扰乱が起こらなくなります。そのため反强磁性的ハーフメタルとなる物质が长年探索されていましたが、今まで2例が见出されたのみでした。

东北大学金属材料研究所の千星聡准教授と梅津理恵教授、海洋研究开発机构の川人洋介上席研究员、大阪大学大学院工学研究科の赤井久纯招へい教授（研究当时：东京大学物性研究所）の研究グループは、反强磁性的なハーフメタルの开発に成功しました。「迁移金属元素の価电子数を合计で10にする」という独自の开発指针を基に、鉄、クロム、硫黄からなる化合物を合成しました。本物质は低温で完全に磁化を消失し、かつ、ある温度以上では最大3.8罢の高保磁力を有するハーフメタルです。优れた特性を示す反强磁性的ハーフメタル物质の合成に成功したことに加えて、物质の开発指针を実証した本成果は、今后の物质探索?开発を高効率化し、电子デバイス革新を加速させるものと期待されます。

本研究成果は、Springer Nature社刊行の学術雑誌Scientific Reportsに、6月23日（英国時間）に公開されました。

図１（左）反強磁性的（完全補償型フェリ磁性）ハーフメタルを用いたトンネル磁気抵抗(TMR)素子の模式図。（右）現行のTMR素子の模式図。強磁性層と反強磁性層を含む数種の層により、強磁性層の磁気モーメントの向きをピン止めする役割を備えている。この数種の層が1層の反強磁性的ハーフメタルに置き換わることで、高い特性と低い漏れ磁場が実現され、高密度化を可能にします。

【用语解説】

*1 ハーフメタル
金属と絶縁体（半导体）の両方の电子状态を併せ持つ磁性体。スピンの一方(例えば上向きスピン状态)が金属的で、他方(例えば下向きスピン状态)が絶縁体（半导体）的である。ハーフメタルに流れる电流は电荷情报に加えスピン情报を併せ持つことから、スピントロニクス分野での応用が期待されています。

*2 磁性体の種類
　磁気モーメントが全て同じ向きに配列する磁性体を强磁性体と呼びます。一方、同じ大きさの磁気モーメントが交互に反平行に配列した磁性体を反强磁性体と呼び、この场合、全体として磁化は生じません。フェリ磁性体では、反平行に配列した磁気モーメントの大きさに差があるため全体としては磁化を有します。完全补偿型フェリ磁性体の场合、反平行に配列している磁気モーメントの大きさが同程度であるため、ほぼ完全に相杀されている状况にあり、ほとんど磁化を示さない状况にあります。ハーフメタルの完全补偿型フェリ磁性体の场合、十分低温では反平行に配列している磁気モーメントの大きさが全く同じとなり、完全に相杀されますが、温度が上昇するにつれ小さな磁化を示すようになります。

详细（プレスリリース本文）