令和７年１月９日
NIMS（物質・材料研究機構）
東北大学
光科学イノベーションセンター（ＰｈｏＳＩＣ）
科学技術振興機構（ＪＳＴ）
ＮａｎｏＴｅｒａｓｕ×組成傾斜膜による超高効率な電子構造解析に成功
～約１日の実験でハーフメタルの最適組成を同定、実用スピントロニクス材料開発加速に期待～
ポスト
ＮＩＭＳ、東北大学と光科学イノベーションセンターからなる研究チームは、わずか１日の実験で、ハーフメタル性を持つＣｏ－Ｍｎ－Ｓｉホイスラー合金のスピン分極状態が最も高い組成を同定することに成功しました。１つの基板上に組成を徐々に変化させた組成傾斜薄膜を作製し、高輝度放射光施設ＮａｎｏＴｅｒａｓｕにおける強力な放射光源を用いた計測により実現した成果です。超高効率なハーフメタル材料の最適化が可能になることで、高性能スピンデバイス用の新材料開発が加速することが期待されます。
ハーフメタル材料は、伝導電子のスピンの向きが一方向にそろった高いスピン分極状態を持つ磁性材料であり、次世代ハードディスクのリードヘッド用の電極材料などとして期待を集めています。しかし、スピン分極状態の直接的な計測には、エネルギーの低いＸ線などを使ったスピン分解光電子分光によって長い計測時間をかける必要があり、効率的な材料開発のために短時間でスピン分極状態を評価する手法が求められていました。
本研究チームは、効率的にハーフメタル材料の組成の最適化や新材料開発するための新手法の実現を目指しました。代表的なハーフメタル材料として知られるＣｏ２ＭｎＳｉを対象に、１つの基板上でコバルト（Ｃｏ）とマンガン（Ｍｎ）の組成比を１０～４０パーセントの原子組成比で変化させた薄膜を作製し、ＮａｎｏＴｅｒａｓｕの放射光を用いた硬Ｘ線光電子分光計測を行いました。その結果、わずか１日の実験により大量の電子構造の組成比依存性データを獲得し、これを解析することで、Ｍｎが２７原子パーセントの領域で最も高いスピン分極が得られることを同定することに成功しました。
今後は、本手法を活用して新規ハーフメタル材料開発を加速させることで、高性能なスピントロニクスデバイス実現への展開が期待されます。
本研究は、ＮＩＭＳ 磁気機能デバイスグループ 遠山 諒 ポスドク研究員、桜庭 裕弥 グループリーダー、光電子分光グループ 矢治 光一郎 グループリーダー、津田 俊輔 主任研究員、データ駆動型材料設計グループ 岩﨑 悠真 主任研究員、東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 山本 達准 教授、光科学イノベーションセンター 山根 宏之 主席研究員からなる研究チームによって行われました。
本研究成果は、「Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」誌のＥｄｉｔｏｒ’ｓ ｃｈｏｉｃｅに選出され、２０２５年１月７日（現地時間）にオンライン掲載されました。
本研究は、ＪＳＴ 戦略的創造研究推進事業 ＣＲＥＳＴ「未踏探索空間における革新的物質の開発」（ＪＰＭＪＣＲ２１Ｏ１）の一環として行われました。
＜プレスリリース資料＞
＜論文タイトル＞
- “High-throughput evaluation of half-metallicity of Co2MnSi Heusler alloys using composition-spread films and spin-integrated hard X-ray photoelectron spectroscopy”
- ＤＯＩ：10.1080/14686996.2024.2439781
＜お問い合わせ先＞
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＜研究に関すること＞
桜庭 裕弥（サクラバ ユウヤ）
ＮＩＭＳ 磁性・スピントロニクス材料研究センター 磁気機能デバイスグループ グループリーダー
Tel：029-859-2708
E-mail：SAKURABA.Yuyanims.go.jp
山本 達（ヤマモト ススム）
東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 准教授
（東北大学 多元物質科学研究所 兼務）
Tel：022-752-2343
E-mail：susumutohoku.ac.jp
山根 宏之（ヤマネ ヒロユキ）
光科学イノベーションセンター 主席研究員
Tel：022-785-9618
E-mail：yamanephosic.or.jp
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＜ＪＳＴ事業に関すること＞
安藤 裕輔（アンドウ ユウスケ）
科学技術振興機構 戦略研究推進部 グリーンイノベーショングループ
〒102-0076 東京都千代田区五番町７ Ｋ’ｓ五番町
Tel：03-3512-3531 Fax：03-3222-2066
E-mail：crestjst.go.jp
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＜報道担当＞
ＮＩＭＳ 国際・広報部門 広報室
〒305-0047 茨城県つくば市千現１－２－１
Tel：029-859-2026 FAX：029-859-2017
E-mail：pressreleaseml.nims.go.jp
東北大学 国際放射光イノベーション・スマート研究センター 総務係
〒980-8572 仙台市青葉区荒巻字青葉４６８－１
Tel：022-752-2331
E-mail：sris-soumugrp.tohoku.ac.jp
光科学イノベーションセンター
〒980-0845 仙台市青葉区荒巻字青葉４６８－１ 青葉山ユニバース３０６
総務企画部 戸澤 忠伸
Tel：022-752-2210
E-mail：infophosic.or.jp
科学技術振興機構 広報課
〒102-8666 東京都千代田区四番町５番地３
Tel：03-5214-8404 Fax：03-5214-8432
E-mail：jstkohojst.go.jp
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