ホイスラー合金系ハーフメタル材料の探索

摘要

PCAR法はバルク材料，薄膜材料から簡便にスピン分極率を評価することができるので，組成を系統的に変化させた多数の試料や，規則度を回折手法により測定したバルク試料のスピン分極率を迅速に測定するのに適している．つまり，材料探索に極めて有効な手法といえる．ただし，PCARにより求められる分極率は探針と試料間で新たに形成されるナノコンタクトを流れるバリスティック電子のスピン分極率であり，MTJからJulliereの式を使って評価されるトンネル電子のスピン分極値とは一致しない．MTJから求められるトンネル電子のスピン分極率はトンネル障壁の種類や界面構造によって敏感に変化する．PCAR法で求められるバリスティック電子のスピン分極率の物理的意味については多くの議論がなされているが，本稿で示したようにバンド構造に由来する伝導電子のスピン分極率を反映したような実験結果が得られている．微細加工が不要などの実験的な簡便さと測定の迅速性を考慮すると，材料固有のスピン分極率をある程度反映していると考えられるPCAR法は材料探索には有効な手法であると言える．これまでの筆者らの一連の研究により，熱力学的な相安定性を考慮しない第一原理計算によるスピン分極率の予測はしばしば実験的に実現不可能な合金構造に基づいていることがわかってきている．よって，今後ホイスラー合金ハーフメタルによるスピントロニクスデバイス開発には，PCAR法によるハーフメタル探索が非常に有効であると考えられる．トンネルバリアーを介したトンネル電子のスピン分極率測定には超伝導トンネル分光(STS)が効果的であることが示されており，PCARによる材料探索とSTSによるトンネル電子のスピン分極率測定を併用すると，ハーフメタルスピントロニクスの発展に大きく貢献することができると期待される．