ナノ構造誘起法で、強磁性単結晶ナノワイヤを作製：10kOe以上の高い保磁力を実現

東京工業大学は、新たに開発した「ナノ構造誘起法」を用い、10kOe以上という高い保磁力を有するL1▽▽0▽▽規則化単結晶構造の「強磁性ナノワイヤ」を、アニール（加熱）処理のみで作製した。

[馬本隆綱，EE Times Japan]

シリコン基板上にナノワイヤを直接形成し、アニール処理のみで作製

　東京工業大学科学技術創成研究院フロンティア材料研究所の真島豊教授らによる研究グループは2022年10月、新たに開発した「ナノ構造誘起法」を用い、10kOe以上という高い保磁力を有するL1₀規則化単結晶構造の「強磁性ナノワイヤ」を、アニール（加熱）処理のみで作製したと発表した。

　強磁性ナノワイヤは、トンネル磁気抵抗素子や磁気メモリ、磁気センサーといった用途で用いられている。その作製方法としてこれまでは、結晶性基板上に強磁性薄膜を作製し、エッチングによってナノワイヤ化する手法が一般的に用いられてきた。

　これに対し、新たに開発したナノ構造誘起法は、シリコン基板など非晶質基板上にナノワイヤを直接形成し、アニール処理を行うだけでL1₀規則相とする方法である。従来のように結晶性基板を用いる必要がないため、より広い基板でスピンデバイスを作製することが可能になるという。

　真島氏らはこれまで、電子線リソグラフィを用い、20nm以下のギャップ長を有する白金ナノギャップ電極を作製してきた。今回はこの手法を活用し、シリコン基板上にコバルトと白金の交互積層ナノワイヤを直接形成した。そのあとでアニール処理を行い、保持力が10kOeを超える強磁性ナノワイヤの作製に成功した。

ナノ構造誘起法で作製したL1₀規則化CoPt単結晶ナノワイヤのSEM像と、磁気ヒステリシスループ（M-Hカーブ） 出所：東京工業大学

　2次元微小角入射X線回折（GI-XRD）パターンと、ナノビーム電子回折（NED）パターンにより、試作した強磁性ナノワイヤが、L1₀型規則相を形成していることを確認した。さらに、ナノワイヤ断面が線幅30nmのどんぐり型形状であることや、ナノワイヤが双晶を含む単結晶になっていることを確認したという。

左は強磁性ナノワイヤの2次元微小角入射X線回折（GI-XRD）パターン、中央はナノビーム電子回折（NED）パターンやどんぐり型のナノワイヤの断面BF-TEM像など、右は高角度環状暗視野走査透過電子顕微鏡（HAADF-STEM）像 出所：東京工業大学

　東京工業大学では今後、企業などと連携し実用化に向けた研究開発に取り組む考えである。