トンネル磁気抵抗(TMR)に対する新理論を提案〜TMR比向上の鍵「TMR振動」の解明に前進〜

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2025-06-18 物質・材料研究機構

NIMSは、磁気メモリに応用されるトンネル磁気抵抗(TMR)の向上に向け、絶縁層の厚さに伴うTMR比の振動(TMR振動)を説明する新理論を提案しました。従来不明だったこの振動の起源に対し、界面における波動関数の重ね合わせを考慮した理論モデルを構築し、実験データとの一致も確認。今後、異なる磁性材料での検証やTMR制御への応用が期待されます。本成果は『Physical Review B』に掲載され、Editors’ Suggestionにも選ばれました。

トンネル磁気抵抗(TMR)に対する新理論を提案〜TMR比向上の鍵「TMR振動」の解明に前進〜
図: (a) TMR振動現象が生じる仕組みの模式図。磁性層と絶縁層の界面における波動関数の重ね合わせが鍵となる。
(b) 理論計算と実験データの比較。計算結果は様々な条件で実験結果とよく一致し、TMR振動現象を再現している。

<関連情報>

トンネル磁気抵抗振動の理論 Theory for tunnel magnetoresistance oscillation

Keisuke Masuda, Thomas Scheike, Hiroaki Sukegawa, Yusuke Kozuka, Seiji Mitani, and Yoshio Miura
Physical Review B  Published: 9 June, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevB.111.L220406

Abstract

The universal oscillation of the tunnel magnetoresistance (TMR) ratio as a function of the insulating barrier thickness in crystalline magnetic tunnel junctions (MTJs) is a long-standing unsolved problem in condensed matter physics. To explain this, we here introduce a superposition of wave functions with opposite spins and different Fermi momenta, based on the fact that spin-flip scattering near the interface provides a hybridization between majority- and minority-spin states. In a typical Fe/MgO/Fe MTJ, we solve the tunneling problem and show that the TMR ratio oscillates with a period of ∼3Å by varying the MgO thickness, consistent with previous and present experimental observations.

0403電子応用
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