Giant TMR effect and spin states in fullerene-cobalt hybirid films

フラーレン-コバルトハイブリッド薄膜の巨大TMR効果とスピン状態

境 誠司; 松本 吉弘; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅; 高木 康多*; 中川 剛志*; 横山 利彦*; 島田 敏宏*; 楢本 洋*; 前田 佳均

Sakai, Seiji; Matsumoto, Yoshihiro; Mitani, Seiji*; Takanashi, Koki; Takagi, Yasumasa*; Nakagawa, Takeshi*; Yokoyama, Toshihiko*; Shimada, Toshihiro*; Naramoto, Hiroshi*; Maeda, Yoshihito

C60-Co化合物のマトリックス中にCoナノ粒子が分散したグラニュラー構造を有するC60-Co薄膜について、巨大TMR効果の発現を見いだした。同薄膜の磁気抵抗率(MR)は低温で80-90%に達し、さらにゼロ電圧付近で100%に到達する可能性が示された。巨大TMR効果の原因機構について、X線吸収及び磁気円二色性の測定による分光面からの追究を行った。その結果、C60-Co化合物中のCo 3d軌道に由来する状態に局在スピンが存在することが明らかになった。同スピンは常磁性的な温度・磁場依存性を示した。化合物中の局在dスピンの磁気的応答をTMR効果の理論モデルに考慮すると、トンネル電子のスピン偏極率が100%の場合に、MRの実験値と理論モデルによる計算値が一致することを見いだした。本結果は、グラニュラーC60-Co薄膜のスピン輸送過程へのC60-Co化合物の関与を示すものである。

Anomalously large tunnel magnetoresistance (TMR) effects were found for the granular structured C60-Co films consisting of a C60-Co compound matrix and Co nanoparticles dispersed therein. The observed MR ratios of 90% at the maximum are significantly higher than the MR ratios of the inorganic granular films. Our recent X-ray magnetic circular dichroism study revealed that the C60-Co compound in the C60-Co films shows the paramagnetic behaviors due to the spin-polarized states (Co d-spin) derived from the Co 3d orbitals. We found that the T-dependence of the zero-bias MR ratio is represented by considering the similar T-dependence of the spin-polarization(P) of tunneling electrons to the observed T-dependence of the magnetization of the Co d-spin in the C60-Co compound, and by assuming P=100% at low temperature. This result suggests the incorporation of the spin-polarized Co 3d-derived states of the C60-Co compound into the spin-transport process in the granular C60-Co films.