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論文

Anomalous temperature dependence of current-induced torques in CoFeB/MgO heterostructures with Ta-based underlayers

Kim, J.*; Sinha, J.*; 三谷 誠司*; 林 将光*; 高橋 三郎*; 前川 禎通; 山ノ内 路彦*; 大野 英男*

Physical Review B, 89(17), p.174424_1 - 174424_8, 2014/05

 被引用回数:81 パーセンタイル:94.83(Materials Science, Multidisciplinary)

磁気トンネル接合素子に用いられるCoFeB/Mgoヘテロ構造膜の下地に用いられるTa膜の影響を調べた。Ta下地膜は電流による磁化反転に大きな効果を持っていることがわかった。この結果はスピン拡散モデルで解析された。

論文

Thermal engineering of non-local resistance in lateral spin valves

葛西 伸哉*; 平山 悠介*; 高橋 有紀子*; 三谷 誠司*; 宝野 和博*; 安立 裕人; 家田 淳一; 前川 禎通

Applied Physics Letters, 104(16), p.162410_1 - 162410_4, 2014/04

 被引用回数:9 パーセンタイル:43.85(Physics, Applied)

We study the non-local spin transport in Permalloy/Cu lateral spin valves (LSVs) fabricated on thermally oxidized Si and MgO substrates. While these LSVs show the same magnitude of spin signals, significant substrate dependence of the baseline resistance was observed. The baseline resistance shows much weaker dependence on the inter-electrode distance than that of the spin transport observed in the Cu wires. A simple analysis of voltage-current characteristics in the baseline resistance indicates the observed result can be explained by a combination of the Peltier and Seebeck effects at the injector and detector junctions, suggesting the usage of high thermal conductivity substrate (or under-layer) is effective to reduce the baseline resistance.

論文

Bias voltage dependence of tunneling magnetoresistance in granular C$$_{60}$$-Co films with current-perpendicular-to-plane geometry

境 誠司; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; Avramov, P.; 大伴 真名歩; 楢本 洋*; 高梨 弘毅

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 324(12), p.1970 - 1974, 2012/06

 被引用回数:3 パーセンタイル:16.62(Materials Science, Multidisciplinary)

Voltage-dependence of the tunneling magnetoresistance effect in the granular C$$_{60}$$-Co films has been investigated under the current-perpendicular-to-plane geometry. The transport measurements demonstrate that the granular C$$_{60}$$-Co films show unusually an exponential MR-V dependence. Small characteristic energies of less than 10's meV are derived from the temperature dependences of the characteristic voltage in the exponential relationship. Considering the voltage drops between Co nanoparticles and also the effect of cotunneling on the energy values, the characteristic energies for the voltage-induced degradation of the spin polarization are found to show a satisfactory agreement with that for the thermally-induced one. It can reasonably be expected that the onset of magnetic disorder to the localized d-electron spins at the interface region of the C$$_{60}$$-Co compound with Co nanoparticles will lead to the unusual voltage and temperature dependence of the MR ratio and the spin polarization.

論文

Time-domain observation of the spinmotive force in permalloy nanowires

林 将光*; 家田 淳一; 山根 結太; 大江 純一郎*; 高橋 有紀子*; 三谷 誠司*; 前川 禎通

Physical Review Letters, 108(14), p.147202_1 - 147202_5, 2012/04

 被引用回数:30 パーセンタイル:81.09(Physics, Multidisciplinary)

磁壁移動に伴うスピン起電力を、パーマロイ細線における通常の誘導起電力を適切に差し引いた実時間電圧測定により直接検出する。磁壁の移動速度は印加磁場の大きさに対して非線形な振る舞いを示すが、出力電圧は磁場に対して線形となる。電圧信号の符号は、磁壁の運動方向に応じて反転することが示される。これらの振る舞いは、数値シミュレーションにより定量的に説明され、磁壁運動が周期的な磁化構造変化によって特徴付けられないような磁場領域にあったとしても、出力が外部磁場に対して線形に応答する様子が示される。

論文

Effect of cotunneling and spin polarization on the large tunneling magnetoresistance effect in granular C$$_{60}$$-Co films

境 誠司; 三谷 誠司*; 菅井 勇; 高梨 弘毅; 松本 吉弘; 圓谷 志郎; 楢本 洋*; Avramov, P.; 前田 佳均

Physical Review B, 83(17), p.174422_1 - 174422_6, 2011/05

 被引用回数:8 パーセンタイル:39.13(Materials Science, Multidisciplinary)

Magnetotransport properties of the granular C$$_{60}$$-Co films are investigated over the broad bias voltage range from the region near zero bias by using the samples with the CPP (current-perpendicular-to-plane) geometry. It is revealed that the granular C$$_{60}$$-Co films show the I-V characteristics ascribed to cotunneling whose magnitudes are comparable to other molecular-based granular films. Furthermore, by considering the contribution of cotunneling on the magnitude of the TMR effect, it is successfully demonstrated that the tunnelling electrons generated at the interface between Co nanoparticles and a C$$_{60}$$-based matrix (C$$_{60}$$-Co compound) in the films have a significantly higher spin polarization (50-80%) than those in Co crystal and at the Al-oxide/Co interface. The present results clearly suggest that the high interfacial spin polarization is the most important cause of the large TMR effect in the granular C$$_{60}$$-Co films, in spite of the cotunneling-induced enhancement.

論文

Composition dependence of magnetic and magnetotransport properties in C$$_{60}$$-Co granular thin films

菅井 勇*; 境 誠司; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅; 前田 佳均

Journal of Applied Physics, 108(6), p.063920_1 - 063920_7, 2010/09

 被引用回数:8 パーセンタイル:36.82(Physics, Applied)

Composition dependence of magnetic and magnetotransport properties in C$$_{60}$$Co$$_{x}$$ thin films exhibiting large magnetoresistance TMR effect was investigated in the Co composition range of x=8-20, where x denotes the number of Co atoms per C$$_{60}$$ molecule. The composition dependence of magnetic property revealed a structural transition from well-defined granular structures in the range of x=8-17 to magnetically and electronically coupled states of Co nanoparticles over x=17. As a result of the structural change, the MR behavior became different between the two composition regions separated at x=17. It is found that the zero-bias MR ratio and also the strength of the voltage dependence are in proportion to the charging energy to Co nanoparticles in the samples with well-defined granular structures. The present results indicate that the charging effect of Co nanoparticles plays an important role in the anomalously large MR effect of C$$_{60}$$-Co granular films.

論文

X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism in codeposited C$$_{60}$$-Co films with giant tunnel magnetoresistance

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

Chemical Physics Letters, 470(4-6), p.244 - 248, 2009/03

 被引用回数:17 パーセンタイル:54.64(Chemistry, Physical)

X線吸収分光(XAS)、及び磁気円偏光二色性(MCD)分光により巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果を示すC$$_{60}$$-Co薄膜の電子・スピン状態解析を行った。結果として薄膜中のC$$_{60}$$-Co化合物中に局在するスピン偏極状態(C$$_{60}$$分子の$$pi$$軌道とCo原子の3d軌道間の混成由来)の存在を明らかにした。また同局在スピンの温度に対する磁化方向の変化と、C$$_{60}$$-Co薄膜で観測された温度による磁気抵抗比の大きさの変化が良い一致を示した。これはC$$_{60}$$-Co化合物のスピン偏極状態がTMR効果発現に寄与していることを明確に示す結果である。

論文

Giant tunnel magnetoresistance in codeposited fullerene-cobalt films in the low bias-voltage regime

境 誠司; 菅井 勇; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅; 松本 吉弘; 楢本 洋*; Avramov, P.; 岡安 悟; 前田 佳均

Applied Physics Letters, 91(24), p.242104_1 - 242104_3, 2007/12

 被引用回数:30 パーセンタイル:73.93(Physics, Applied)

Magnetotransport properties in the low bias-voltage regime were investigated for co-deposited C$$_{60}$$-Co films. A giant tunnel magnetoresistance (MR) ratio ($$Delta$$$$R$$/$$R$$$$_{max}$$) of 80%, which is the highest in ferromagnetic metal/organic molecule systems, was found at low temperatures. The observed bias-voltage dependence of the MR ratio is expressed by an unusual exponential form, suggesting that the MR ratio of nearly 100% can be realized in the low bias-voltage limit.

論文

Magnetic and magnetotransport properties in nanogranular Co/C$$_{60}$$-Co film with high magnetoresistance

境 誠司; 薬師寺 啓*; 三谷 誠司*; 菅井 勇; 高梨 弘毅*; 楢本 洋*; Avramov, P.; Lavrentiev, V.*; 鳴海 一雅; 前田 佳均

Materials Transactions, 48(4), p.754 - 758, 2007/04

 被引用回数:8 パーセンタイル:51.29(Materials Science, Multidisciplinary)

10-80%のトンネル磁気抵抗効果を示す交互蒸着法によるC$$_{60}$$-Co薄膜の磁気的性質を調べた。磁化特性の磁場及び温度への依存性について、Coナノ粒子に起因するブロッキング温度が約40Kの超常磁性が明らかになった。磁化応答は粒径分布を考慮したランジュバン関数で表され、それによりCoナノ粒子の平均粒径は3.1nm,粒径分布1nmと見積もられた。磁気的性質の測定結果に基づいて、C$$_{60}$$-Co薄膜の構造と磁気伝導現象の詳細を議論した。

論文

Tunnel magnetoresistance in Co nanoparticle/Co-C$$_{60}$$ compound hybrid system

境 誠司; 薬師寺 啓*; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅*; 楢本 洋; Avramov, P.; 鳴海 一雅; Lavrentiev, V.; 前田 佳均

Applied Physics Letters, 89(11), p.113118_1 - 113118_3, 2006/09

 被引用回数:58 パーセンタイル:86.98(Physics, Applied)

本論文では、Co-C$$_{60}$$ハイブリッド薄膜におけるスピン依存伝導について初めての結果を報告する。Co-C$$_{60}$$ハイブリッド薄膜は超高真空中でCoとC$$_{60}$$を交互に蒸着して作成したもので、Co-C$$_{60}$$化合物の母相中にCoナノ粒子が分散した状態であることが同定された。Co-C$$_{60}$$ハイブリッド薄膜は、印加バイアスに強く依存する特有なトンネル磁気抵抗効果を示し、磁気抵抗は低バイアス下で数10%であったが、高バイアス下では最大で80%に達することを見いだした。この磁気抵抗の大きさは、ナノグラニュラー薄膜の磁気抵抗効果として異常に大きな値である。磁気抵抗のバイアス依存性から、観測されたトンネル磁気抵抗効果はCo-C$$_{60}$$化合物の電子構造との関連が推察される。

口頭

Co-C60グラニュラー薄膜の構造と電磁気的特性

境 誠司; 薬師寺 啓*; 楢本 洋; 鳴海 一雅; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅*

no journal, , 

本研究では、同時蒸着Co-C60混合膜について高Co濃度領域で生じるナノグラニュラー状態に着目して、それの磁気伝導性について研究を行ってきた。これまでの研究で、約600K以上の焼鈍により半導体のCo-C60化合物が高絶縁性のC60に分解すると、比較的高温(77K)までCoナノ粒子間のトンネル伝導による磁気電導性が発現し、粒子の帯電効果による非線形I-V特性が観測されることを見いだしたが、得られた磁気抵抗は1%以下であった。一方、最近の理論計算でC60や単層炭素ナノチューブと遷移金属原子が共有結合した系についてバルク状態の磁性金属より著しく大きなスピン分極の発現が予言されており、本系のスピン輸送材料としての有用性が期待される。これまでに観測された小さな磁気抵抗の原因として、熱分解した後のC60母相中に残存するCo原子等によるスピン散乱やCoナノ粒子-C60界面状態の不適正を推測している。本講演では、前者による可能性を検証する目的で新たに作成した交互蒸着法によるCo-C60混合薄膜について、純C60母相と数nm径のCoナノ粒子から成るグラニュラー状態が生じることや、同時/交互蒸着Co-C60薄膜の磁気伝導性の比較,成膜温度による変化について報告する。

口頭

グラニュラーCo/Co-C$$_{60}$$ハイブリッド膜のトンネル磁気伝導

境 誠司; 菅井 勇; 薬師寺 啓*; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅*; 楢本 洋; Avramov, P.; 鳴海 一雅; 前田 佳均

no journal, , 

交互蒸着法で作成したCo-C$$_{60}$$混合体について新たに見いだした、Co/Co-C$$_{60}$$ハイブリッド膜の生成とバイアスに強く依存するトンネル磁気伝導現象について報告する。Co-C$$_{60}$$混合体薄膜(100nm厚)は、超高真空中でCoとC$$_{60}$$をMgO(001)基板上に交互蒸着して作成した。ラマンスペクトルと磁化曲線の解析から、Coナノ粒子(数nm径)がCo-C$$_{60}$$化合物(ConC$$_{60}$$:n=5)中に分散したグラニュラーCo/Co-C$$_{60}$$膜の生成が明らかになった。Coナノ粒子(平均粒径3.1nm)を12体積%の割合で含むCo/Co-C$$_{60}$$膜について、低バイアス領域でのトンネル伝導度と磁気抵抗はバイアス電圧によらず一定で、2K, 10kOeでの磁気抵抗は26%であった。これは、Co-C$$_{60}$$化合物をバリア層とするCoナノ粒子間の自由電子のスピン依存トンネルに起因できる。一方、高バイアス領域では強い電圧依存性が観測され、10K以下での磁気抵抗は最大50-80%に達した。

口頭

Tunneling magnetotransport in hybrid system of cobalt and C$$_{60}$$

境 誠司; 菅井 勇; 薬師寺 啓*; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅*; 楢本 洋; Avramov, P.; 鳴海 一雅; 前田 佳均

no journal, , 

最近、同時蒸着及び交互蒸着法によりCo-C$$_{60}$$化合物中にCoナノ粒子が分散したナノグラニュラー薄膜が得られることを見いだした。これまでに、交互蒸着法で作成したナノグラニュラー薄膜が印加バイアスに強く依存する巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)効果を示すことを明らかにした。本研究では、同時蒸着法で作成したCo-C$$_{60}$$ナノグラニュラー薄膜の磁気伝導性の評価を行ったので報告する。同時蒸着Co-C$$_{60}$$膜も、交互蒸着薄膜と類似のTMR効果を生じることが明らかになった。磁気抵抗は、印加電圧に強い依存性を示し高バイアス領域で約50%(10K以下)に達した。交互蒸着薄膜で明確でなかった新しい知見として、低バイアス領域においても磁気抵抗のバイアス依存性が観測され、特にバイアス電圧が低い領域でも磁気抵抗が増大することがわかった。講演では、ラマン分光などの測定結果を踏まえて、作成法に依存する微視的構造とTMR特性の関連を議論する。

口頭

ナノグラニュラーCo/C60-Co薄膜のトンネル磁気抵抗効果

境 誠司; 菅井 勇*; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅*; 楢本 洋*; Avramov, P.; 岡安 悟; 鳴海 一雅; 前田 佳均

no journal, , 

塚越らの先駆的研究以来、新しいスピン輸送材料として有機分子と遷移金属のハイブリッド材料が注目されている。昨年、われわれは交互蒸着法で作成したナノグラニュラーCo/C60-Co薄膜が最大80%のトンネル磁気抵抗を示すことを見いだした。本報では、Coナノ粒子の分布が均質的な同時蒸着法で作成したナノグラニュラーCo/C60-Co薄膜の磁気抵抗効果について報告する。同薄膜の磁気抵抗効果について、印加電圧に依存して磁気抵抗が大きく増減することが見いだされ、低/高電圧側での値はそれぞれ50%以上/80%に達した。本現象は単純なスピン分極率の効果では説明できず、C60-Co化合物領域に起因する増長メカニズムの関与が推察される。

口頭

フラーレン-コバルト薄膜の磁気抵抗効果と構造

境 誠司; 菅井 勇; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 高梨 弘毅; 楢本 洋*; 岡安 悟; 前田 佳均

no journal, , 

C60-Co薄膜の構造について、ラマンスペクトルの解析と電気/磁気的特性から、C60-Co化合物中にCoナノ粒子が平均2nm間隔で分散した状態であることがわかった。C60-Co薄膜の磁気抵抗効果について、磁気抵抗率が電圧の増大とともに減少したのち増大するという特異な依存性が観測された。ここでの電圧範囲をCoナノ粒子間の電圧ドロップに換算すると0-数mVが見積もられる。トンネル接合間のわずかな電圧変化で磁気抵抗が著しく増減する現象は本系で初めて見いだされた。ゼロバイアス付近の磁気抵抗は、スピン分極率の効果で説明できる上限値50%(分極率100%)より著しく大きく、これは、Coナノ粒子/C60-Co化合物界面での著しいスピン分極や電圧に依存する増減の効果以外の磁気抵抗の増長機構の存在を示唆する。

口頭

C60-Coナノグラニュラー薄膜における磁気伝導特性の組成依存性

菅井 勇; 境 誠司; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 高梨 弘毅; 楢本 洋*; Avramov, P.; 岡安 悟; 前田 佳均

no journal, , 

C60-Co薄膜の磁気抵抗効果の薄膜組成に対する依存性をx=8-20(xはC60分子当のCo原子数)の範囲で調べた。x$$<$$15の試料で巨大な磁気抵抗効果が観測され、磁気抵抗率はxの減少とともに増大する傾向を示した。一方、x$$>$$15以上の試料で、磁気抵抗率が大きく減少した。磁化過程の詳細な検討から、x$$>$$15の試料では、薄膜中に分散するCoナノ粒子間の磁気的結合が生じていることがわかり、同結合領域を経由する電流成分の増大が磁気抵抗率の減少を生じていることが推測された。

口頭

Large tunnel magnetoresistance in Co-evaporated C60-Co thin films

境 誠司; 菅井 勇; 三谷 誠司*; 松本 吉弘; 高梨 弘毅; 楢本 洋*; Avramov, P.; 岡安 悟; 前田 佳均

no journal, , 

Bias-voltage dependences of the magnetotransport properties were investigated for the co-deposited C60-Co films with a nano-granular structure. The electrical resistivity near zero bias exhibited a characteristic temperature dependence to nanogranular systems. It is found that the MR behaves a nonmonotionic bias-voltage dependence. MR shows significant decrease and increase with V-increase in the low and high-bias regions separated by a certain V of a few mV per a Co nanoparticle. The maximum MR observed in the low/high bias regions are 80% and 90%. The MR effect observed for the C60-Co films is, as far as we know, the largest one in granular systems, and is significant larger than MR of 50% expected under the condition of complete spin-polarization. The bias-dependent MR change is suggested to be associated with the charging effect of Co nanoparticles.

口頭

C60-Co薄膜のトンネル磁気抵抗効果の組成依存性

境 誠司; 菅井 勇; 松本 吉弘; 三谷 誠司*; 高梨 弘毅; 楢本 洋*; Avramov, P.; 岡安 悟; 前田 佳均

no journal, , 

これまでの研究で同時蒸着法C60-Co薄膜の磁気抵抗率が電圧とともに指数関数的に減少,増大する特異な振る舞いを見いだした。本研究では、薄膜中のCo濃度による磁気伝導特性の変化と微視的構造の対応から磁気抵抗効果の原因機構を議論する。Co濃度がx=8-17(C60Cox)の範囲で、グラニュラー薄膜で完全スピン分極の条件で生じ得る磁気抵抗率の上限(50%)を超える磁気抵抗効果が観測された。同組成領域でゼロ電圧付近の磁気抵抗率はxの減少とともに増大し、x=8の試料で極限値100%付近に達することが示された。巨大効果の原因として、Coナノ粒子/C60-Co化合物界面での著しいスピン偏極に加えて、磁気抵抗率の電圧依存性と関連する増長機構の関与が推察される。

口頭

C$$_{60}$$-Co薄膜の巨大トンネル磁気抵抗効果とスピン状態

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

no journal, , 

グラニュラーC$$_{60}$$-Co薄膜の巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果の大小を支配する構造上の要因を明確にし、巨大効果の発現機構を議論するため、磁気抵抗効果の組成依存性の系統的評価及びX線磁気円偏光二色性(XMCD)実験(Co L3端)による磁気・スピン状態の分光実験を行った。グラニュラーC$$_{60}$$-Co薄膜の時期抵抗率(MR)は約10K以上でTに逆比例する著しい減少を示した。XMCD実験において、C$$_{60}$$-Co化合物がCo3d軌道が関与する磁性を示すことが見いだされ、そこでの磁気モーメントの大きさをTMR効果の理論モデルに適用するとMRの大きさ・温度変化を良く再現できることがわかった。本結果は、トンネル伝導を生じる電子のスピン偏極・輸送過程へのC$$_{60}$$-Co化合物の関与を明示するものである。

口頭

C$$_{60}$$-Coハイブリッド薄膜の電子・スピン状態と巨大トンネル磁気抵抗効果

境 誠司; 松本 吉弘; 菅井 勇*; 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*; et al.

no journal, , 

X線吸収分光(XAS)及びX線磁気円二色性(XMCD)分光法を用いて、巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果を示すC$$_{60}$$-Co薄膜における電子・スピン状態の分光的追究を行った。Co L端及びC K端のXASスペクトルから、膜中でC$$_{60}$$-Co化合物を形成するCo原子はC$$_{60}$$分子と$$pi$$-d混成による分子性状態を形成し、Co原子からC$$_{60}$$分子のLUMO由来状態への電荷移動を生じることがわかった。さらに、薄膜組成に依存してC$$_{60}$$-Co化合物とCoナノ粒子が共存する状態では、Coナノ粒子から化合物への電荷移動も生じることが示唆された。Co L端のXMCD分光では、C$$_{60}$$-Co化合物中のCo 3d軌道由来の状態に磁場によるスピン偏極を生じることが見いだされた。トンネル磁気抵抗効果の理論モデルに同スピン偏極状態のスピン輸送過程への関与を仮定すると、磁気抵抗効果の大きさ及び温度依存性がよく説明できることが明らかになった。本結果は、有機分子-遷移金属系材料のスピン輸送過程への有機分子性領域の直接的関与を強く示唆するものである。

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