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Giant tunnel magnetoresistance and interface spin-polarization in granular C60-Co films

グラニュラーC60-Co薄膜の巨大トンネル磁気抵抗効果と界面スピン偏極

境 誠司; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; 菅井 勇*; 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; Entani, Shiro; Sugai, Isamu*; Takanashi, Koki; Takagi, Yasumasa*; Nakagawa, Takeshi*; Yokoyama, Toshihiko*; Shimada, Toshihiro*; Naramoto, Hiroshi*; Maeda, Yoshihito

本研究ではC60-Co薄膜の巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果の発現機構の追究を目的として、薄膜面直方向への伝導を検知するCPP(current perpendicular to plane)型の素子試料を作成し、電圧依存性など磁気伝導特性の詳細な評価を行った。CPP素子の電流-電圧特性から、グラニュラー薄膜においてTMR効果を増長し得る高次トンネル過程の次数(低温で3-7次)が見積られた。同次数から高次トンネル過程による磁気抵抗率(MR)増大の程度を見積りTMR効果の理論式と照らし合わせることで、トンネル電子のスピン偏極率の大きさを計算した。その結果、組成やデバイス構造が異なるすべての試料について、同様なスピン偏極率(ゼロ温度で75%)が得られた。本結果からC60-Co化合物/Co結晶界面に固有な状態として著しい界面スピン偏極状態が存在することが明らかになった。

We investigated the bias-voltage (V) and temperature (T) dependences of the spin-dependent transport properties of the granular C60-Co films in the current perpendicular to plane (CPP) geometry. At low T, each sample shows much higher MR than the upper limit of TMR (MR=50%) derived from the Julliere's model. From the I-V characteristics, we evaluated the degree of the higher order tunneling process, as a possible cause of the MR enhancement above MR=50%, to be 3-7 (T=2K), which changes depending on the sample composition and device structure. By considering this enhancement effect, we can estimate the spin-polarization at the C60-Co compound/Co interface. The estimated values are remarkably high, i.e., P=75% at zero temperature, compared to Co crystal(P=30%), and almost independent of the samples. The detailed results on the transport properties and X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy were presented in the conference.

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