成果報告会発表
「スピントロニクスデバイス用室温ハーフメタルの探索」
■高橋有紀子研究者の研究結果
スピントロニクスデバイス用室温ハーフメタルの探索
　スピントロニクス用電極材料として、現在使われている鉄・コバルト合金に比べて理論的に高いスピン偏極率が期待されるハーフメタルを利用することが提案され、研究開発が進められています。ハーフメタルというのは、上向きスピンの電子に対してはバンドギャップがなく、下向きスピンの電子に対してはバンドギャップがあるような物質で、フェルミ準位におけるスピン偏極率は理想的には100%となると予想されています。ハーフメタルとしては、コバルト鉄ベースのフルホイスラー合金を中心に研究が進められており、実際低温では５００%を超えるMR比が報告されていますが、室温では１００％程度のMR比しか得られていません。 　高橋有紀子研究者は、高温でMR比が低下する原因が、理想的なL21構造より規則度の劣るB2構造ができていることにあると見て、熱力学的にL21構造が安定かつバンド構造から高い偏極率の期待される４元ホイスラー合金を数十種類合成し、PCAR法によるスピン偏極度の評価を行いました。PCAR法というのは、超伝導体と磁性常伝導体の接合をつくるとスピン偏極度が高いほどアンドレ-エフ反射が抑制されてコンダクタンス（接合の導電率）が低下する現象を利用して偏極度を評価する手法で、高橋研究者が日本では唯一実績をもっています。 　しかし、PCAR法で評価した偏極度は、TMJデバイスを用いた偏極度に比べて低いという問題がありました。高橋研究者は、合金表面の酸化に原因があると見て、Alをコートして不動態酸化膜をつくって合金表面を保護し、PCARの探針で酸化膜を破って測定する方法を開発し、この問題を克服しました。 　材料探索を行った結果、60%を超えるような高いスピン偏極率を示す4元系ホイスラー合金を20種類以上開発することができました。とくに、3元系のホイスラー合金のスピン偏極率が55～60%であるので、第4元素を添加することによるEfの制御により高スピン偏極率が実現したと言えます。Co2Mn(Ge0.75Ga0.25)においてスピン偏極度の世界最高値74%を達成したことは、特筆に値します。 　さらに、69%のスピン偏極率を示すCFGG[=Co2Fe(Ga0.5Ge0.5)]を用いて実際にMgO基板/Cr(10nm)/Ag(100nm)/CFGG/Ag(5nm)/CFGG/Ag(5nm)/Ru(8nm)というCPP-GMR素子をつくり、室温で、MR = 41.7%、ΔRA = 9.5 mΩμm2、10 KではMR = 129.1 %、?RA = 26.4 mΩμm2と、いずれもCPPGMRとして世界最高の値を得ることに成功しました。 　高橋研究者は、本領域唯一の女性研究者です。育児と研究を両立させ、上記のようなすばらしい成果が得られたことは、賞賛に値することです。この５月には本多記念賞の受賞も決まりました。今後、一層の発展が期待されます。
（１）論文（原著論文）発表
1.S. V. Karthink, A. Rajanikanth, Y. K. Takahashi, T. Ohkubo, and K. Hono “Spin polarization of quaternary Co2Cr1-xFexAl Heusler alloys” Appl. Phys. Lett. 89, 052505 (2006)
2. A. Rajanikanth, D. Kande , Y.K. Takahashi and K Hono “High spin polarization in a two phase quaternary Heusler alloy Co2MnAl0.5Sn0.5” J. Appl. Phys, 101, 09J508 (2007)
3. S. V. Karthik, A. Rajanikanth, Y. K. Takahashi, T. Okhubo, and K. Hono “Microstructure and spin polarization of quaternary Co2Cr1-xVxAl, Co2V1-xFexAl and Co2Cr1-xFexAl Heusler alloys” Acta Mater. 55, 3867 - 3874 (2007)
4. S. V. Karthik, A. Rajanikanth, T. M. Nakatani, Z. Gercsi, Y. K. Takahashi, T. Furubayashi, K. Inomata and K. Hono “Effect of Cr substitution for Fe on the spin polarization of Co2CrxFe1-xSi Heusler alloys” J. Appl. Phys, 102, 043903 (2007)
5. T. M. Nakatani, A. Rajanikanth, Z. Gercsi, Y. K. Takahashi, K. Inomata, and K. Hono “Structure, magnetic property and spin polarization of Co2FeAlxSi1-x Heusler alloy” J. Appl. Phys. 102, 033916 (2007)
6. T. M. Nakatani, Z. Gercsi, A. Rajanikanth, Y. K. Takahashi and K. Hono “The effect of iron addition on the spin polarization and magnetic properties in Co2CrGa Heusler alloy” J. Phys. D: Applied Physics, 41 225002 (2008)
7. A. Rajanikanth, Y.K. Takahashi and K. Hono “The enhancement of spin polarization of Co2MnSn by Fe doping” J. Appl. Phys. 103, 103904 (2008)
8. A. Narahara, K. Ito, T. Suemasu, Y. K. Takahashi, A. Rajanikanth, and K. Hono “Spin polarization of Fe4N thin films determined by point-contact Andreev reflection” Appl. Phys. Lett. 94, 202502 (2009)
9. A. Rajanikanth, Y. K. Takanashi and K. Hono “Suppression of magnon excitations in Co2MnSi Heusler alloy by Nd doping” J. Appl. Phys. 105, 063916 (2009)
10. B. Varaprasad, A. Rajanikanth, Y. K. Takahashi and K. Hono “Highly spin polarized Co2MnGa0.5Sn0.5 Heusler compound” Acta Mater. 57, 2702-2709 (2009)
11. S. V. Karthik, T. M. Nakatani, A. Rajanikanth, Y. K. Takahashi, and K. Hono “Spin polarization of Co-Fe alloys estimated by point contact Andreev reflection and tunneling magnetoresistance” J. Appl. Phys. 105, 07C916 (2009)
12. N. Hase, B. Varaprasad, T. M. Nakatani, H. Sukegawa, S. Kasai, Y. K. Takahashi, T. Furubayashi and K. Hono “Current-perpendicular-to-plane spin valves with a Co2MnGa0.5Sn0.5 Heusler alloy” J. Appl. Phys. 108, 093916 (2010)
13. B. S. D. Ch. S. Varaprasad, A. Rajanikanth, Y. K. Takahashi and K. Hono “Enhanced spin polarization of Co2MnGe Heusler alloy by substitution of Ga for Ge” Appl. Phys. Express.3, 023002 (2010)
14. H. S. Goripati, T. furubayashi, S. V. Karthik, T. M. Nakatani, Y. K. Takahashi, and K. Hono “The effect of substitution of Fe with Cr on the giant magnetoresistance of current-perpendicular-to-plane spin valves with Co2FeSi Heusler alloy” J. Appl. Phys. 109, 043901 (2011)
15. N. Hase, T. M. Nakatani, S. Kasai, Y. K. Takahashi, and K. Hono “Enhancement of current-perpendicular-to-plane giant magnetoresistance by insertion of Co50Fe50 layers at the Co2Mn(Ga0.5Sn0.5)/Ag intervace” J. Appl. Phys. 109, 07E112 (2011)
16. Y.K. Takahashi, A. Srinivasan, B. Varaprasad, A. Rajanikanth, N. Hase, T.M. Nakatani, S. Kasai, T. Furubayashi and K. Hono “Large magnetoresistance in current-perpendicular-to-plane pseudo spin valve using a Co2Fe(Ge0.5Ga0.5) Heusler alloy” Appl. Phys. Lett. (2011), in press
17. 高橋有紀子、古林孝夫、宝野和博 “電子顕微鏡によるスピントロニクス素子の微細構造解析” 表面科学、32,139,(2011) 研究紹介
（２）特許
番号発明者発明の名称出願人/出願日
1中谷友也、アマナブルラジャニカンス、高橋有紀子、宝野和博 Co基ホイスラー合金 物質・材料研究機構／2007年10月24日
2バラプラサッド、アマナブロルラジャニカンス、高橋有紀子、宝野和博 Co基ホイスラー合金 物質・材料研究機構／2008年8月1日
3アマナブロルラジャニカンス、高橋有紀子、宝野和博 Co基ホイスラー合金 物質・材料研究機構／2008年8月29日
4アマナブロルラジャニカンス、高橋有紀子、宝野和博 Co基ホイスラー合金とこれを用いた磁性素子 物質・材料研究機構／平成20年11月25日
（３）その他
種別番号発表者題目学会・出版社／発表日
学会発表 １．高橋有紀子、A. Rajanikanth、宝野和博「点接触アンドレーフ反射法によるハーフメタル探索」 第１２回シリサイド系半導体研究会「スピン注入技術に関する最近の研究動向と微細構造評価技術」主催：応用物理学会シリサイド系半導体と関連物質研究会、2008年9月6日、名古屋
２．高橋有紀子、中谷友也、長谷直基、A. Rajanikanth、B. Varaprasad、H.S. Goripati、S.V. Karthik、古林孝夫、宝野和博 「スピントロニクス素子の構造と特性」 2010年金属学会春季講演大会　2010年3月30日　筑波大学
著作高橋有紀子、宝野和博スピントロニクスの基礎と材料・応用技術の最前線 第24章　｢スピントロニクス材料と微細構造制御｣ 　　　　 　　　　2009年シーエムシー出版