スピントロニクス向け強磁性合金材料と二次元物質間の異種結晶界面の状態を第一原理計算で予測 ～次世代スピントロニクスデバイスの シミュレーションへの応用を期待～

スピントロニクス向け強磁性合金材料と二次元物質間の異種結晶界面の状態を第一原理計算で予測～次世代スピントロニクスデバイスのシミュレーションへの応用を期待～

2022年9月 6日 14:00 | プレスリリース・研究成果

【本学研究者情報】

〇国際集積エレクトロニクス研究開発センター　准教授　永沼博
東北大学研究者紹介

【概要】

電子の電気と磁気の性質を利用するスピントロニクス素子は、現在の電子素子に比べて桁違いに少ない消費電力と、桁違いに高い演算速度を実現すると期待されています。その素子には、強磁性合金とグラフェンなどの二次元物質を接合する構造が提案されています。しかし強磁性合金とグラフェンの界面構造が未解明のため、最適な特性の素子を設計することはできませんでした。

神戸大学大学院工学研究科の植本光治助教、小野倫也教授、大学院生の安達隼人氏らと東北大学の永沼博准教授らの研究グループは、密度汎関数理論に基づく第一原理計算により、鉄パラジウム合金とグラフェンの異種結晶界面(FePd/Gr)の構造および特性のシミュレーションを行いました。

FePd/Grは最近実験的に合成された新材料で、スピントロニクスデバイスへの応用が期待されています。本研究では、これまでの実験では明らかにされていなかったFePd.Gr界面の炭素原子配置として考えられるいくつかのモデルを、計算により予測しました。

その結果、予測したFePd/Gr吸着距離の理論値は、実験値(約2Å＝100億分の2)をよく再現していること、また、先行実験で報告されている「異なる結晶界面の"つよく"・"しなやか"な結合」の存在を確認することができました。今後、本研究で提案された計算モデルは、強磁性トンネル接合素子などの機能予測や最適化、材料探索に役立つことが期待されます。この研究成果は、９月１日に Journal of Applied Physics でオンライン掲載されました。