Kagoshima University · Graduate School of Science and Engineering · 准教授

Research keywordsスピントロニクス・磁性・トンネル分光・超伝導・ホイスラー合金・アンドレーエフ反射

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• Hideki Aoshima, Iduru Shigeta, Akiko Nomura, Kunio Yubuta, Touru Yamauchi, Rie Y. Umetsu, Takeshi Kanomata, Masahiko Hiroi . The critical behavior of magnetization near the Curie temperature i2024 · 担当区分： 責任著者 記述言語： 英語 掲載種別： 研究論文（国際会議プロシーディングス） DOI： 10.1109/INTERMAGShortPapers61879.2024.10576742
• Hideki Aoshima, Iduru Shigeta, Akiko Nomura, Kunio Yubuta, Touru Yamauchi, Rie Y. Umetsu, Takeshi Kanomata, Masahiko Hiroi . The critical behavior of magnetization near the Curie temperature i2024 · 担当区分： 責任著者 記述言語： 英語 掲載種別： 研究論文（学術雑誌） 出版者・発行元： IEEE Transactions on Magnetics We present an analysis of the critical behavior of magnetization near the Curie temperature <italic>T</italic>_C in Heusler alloy Co₂TiGa_0.3Sn_0.7, which is a promising candidate for highly spin-polarized materials that exhibit the characteristic properties of magnetic Weyl states. Weyl semimetals have garnered significant interest for their potential applications in spintronics devices, owing to their anomalous magnetoelectronic and magnetothermal properties. The magnetization of the synthesized Heusler alloy Co₂TiGa_0.3Sn_0.7 was investigated in the vicinity of <italic>T</italic>_C. The analysis of magnetic isotherms for Co₂TiGa_0.3Sn_0.7 reveals that the critical exponent &#x03B4; is deduced to be 5.16 in the high field region and 4.96 in the low field region. The obtained value of &#x03B4; deviates from the value of 3.0 expected by the conventional molecular field theory. However, it is in close agreement with the value of 5.0 predicted by the spin fluctuation theory for weak itinerant electron ferromagnets, exhibiting that the spin fluctuation theory is applicable even to highly spin-polarized Heusler alloys. DOI： 10.1109/TMAG.2024.3414430 Scopus researchmap
• T. Kanomata, Y. Amako, Y. Ida, Y. Adachi, T. Osaki, T. Eto, H. Nishihara, I. Shigeta, S. Imada, M. Doi . Magnetic properties of ferromagnetic Heusler alloy Co2ZrSn .2022 · 記述言語： 英語 掲載種別： 研究論文（学術雑誌） The results of experimental investigations of the crystal structure, permeability, magnetization and Mössbauer spectroscopy of Co2ZrSn are reported. The sample, which was prepared by arc melting, comprised of a Heusler structure Co2ZrSn that coexisted with a small amount of an impurity phase. The Curie temperature TC of Co2ZrSn was found to be 452.3 K. At 1.8 K the magnetic moment of Co2ZrSn was estimated to be 2.0 μB/f.u., confirming that the magnetic moment of Co2ZrSn obeys the Slater-Pauling rule. The temperature variation of the spontaneous magnetization Ms roughly follows the Brillouin function for spin value S = 1/2. However, in the temperature region of T/TC > 0.6, Ms is distinctly higher than the Brillouin function. The TC of Co2ZrSn was almost independent of pressure. The Mössbauer spectroscopy measurements showed that the isomer shift I.S. (1.5 mm/s at 295 K) was approximately temperature independent. At 95 K the value of the hyperfine magnetic field HhfSn at the Sn nuclei was found to be 101 kOe. The temperature variation of HhfSn of Co2ZrSn roughly followed the Brillouin function for S = 1/2. On the basis of the experimental results, the electronic and magnetic properties of Co2ZrSn are discussed. DOI： 10.1016/j.jpcs.2022.110635 Scopus researchmap
• Takaaki Yokoyama, Iduru Shigeta, Akiko Nomura, Kunio Yubuta, Touru Yamauchi, Rie Y. Umetsu, Hironori Nishihara, Takeshi Kanomata, Masahiko Hiroi . Critical Behavior of the Magnetization2021 · 記述言語： 英語 掲載種別： 研究論文（学術雑誌） We report the critical behavior of the magnetization in Heusler alloy Co2TiGa0.8Sn0.2 as a potential candidate of high spin polarized materials with the characteristics of topological Weyl fermions. The Weyl semimetals are materials of great interest for applying spintronics devices, due to their unusual magnetoelectronic and magnetothermal properties. The magnetic properties of the synthesized Heusler alloy Co2TiGa0.8Sn0.2 are investigated around the Curie temperature TC. The magnetic isotherm measurements of Co2TiGa0.8Sn0.2 around TC exhibit that the critical exponent &#x03B4; is deduced to be 4.455(4) in high maximum applied field of 50 kOe and 4.823(9) in low maximum applied field of 10 kOe, respectively. Both &#x03B4; values are different from 3.0 derived by the conventional molecular field theory, but they are close to 5.0 predicted by the spin fluctuation theory for the itinerant electron ferromagnets. Possible origins for the discrepancy between experimental results and theoretical models are also discussed. DOI： 10.1109/TMAG.2021.3097164 Scopus researchmap

• ハーフメタルホイスラー合金を用いた超伝導スピントロニクス素子の創製2019 · 担当区分： 研究代表者 資金種別： 競争的資金 配分額： 4290000円 （ 直接経費： 3300000円 、 間接経費： 990000円 ） 近年，強磁性体の伝導電子スピンや局在スピンを積極的にデバイスへ利用することを目的としたスピントロニクスの研究が盛んに行われている。この分野において，その発展や応用の拡大のために欠かせない物質が「ハーフメタル」である。このハーフメタルを電極材料に用いることによって，トンネル磁気抵抗(TMR)素子や巨大磁気抵抗(GMR)素子の特性向上が図られている。 超伝導デジタル回路の半導体回路に対する優位性は，ジョセフソン素子の高速性・低消費電力性と共に，無損失性という超伝導体本来の基本的な特性に基づくものである。この数年間で超伝導デジタル回路の消費電力は1/10に低減され，2019年にはジョセフソン素子を用いた量子コンピュータの量子超越性が告され，量子コンピュータの研究も新しい段階に入った。一方，低消費電力・低温動作可能な超伝導メモリは近年，磁束量子の保持による記録に代わり，素子内に組み込まれた磁性体の磁化の向きで記憶素子を構成する方式が提案され，その集積化の可能性から研究が一気に活性化している。 そこで本研究の目的は，ハーフメタルと超伝導体を融合した新機能デバイスの開発を念頭に，ハーフメタルホイスラー合金と超伝導体を用いたエピタキシャル積層膜とサブミクロンサイズの微細加工技術を駆使し，既存のGMR素子の特性を凌ぐ超伝導スピントロニクス素子を創製に関する研究に取り組むことである。本年度は，前年度に引き続き，① 超伝導体NbNとハーフメタルホイスラー合金Co2(Fe,Mn)Siのエピタキシャル積層膜の作製を行い，② 強磁場中輸送特性の測定に取り組むことによって，NbNとCo2(Fe,Mn)Siの積層膜を特徴づける物理パラメータを決定するとともに，NbNとCo2(Fe,Mn)Siの積層膜の磁場中輸送特性の特徴を明らかにした。次いで，③ NbNとCo2(Fe,Mn)Siを用いた面直通電型の超伝導巨大磁気抵抗(CPP-SGMR)素子を作製して，CPP-SGMR素子の特性の評価を行った。 researchmap
• 超伝導磁気メモリのためのハーフメタル型ジョセフソン素子に関する研究2016 · 担当区分： 研究代表者 資金種別： 競争的資金 配分額： 4810000円 （ 直接経費： 3700000円 、 間接経費： 1110000円 ） 超伝導体NbNとハーフメタルホイスラー合金Co2Fe0.4Mn0.6Si（CFMS）の積層膜を成膜し，その磁場中輸送特性を評価することで，ハーフメタル型ジョセフソン素子の作製条件と素子構造の最適化に必要な物理パラメータを導出した。ハーフメタル層を挿入した場合，コヒーレンス長や拡散係数は増加したが，超伝導転移温度や臨界磁場は減少した。得られた結果に基づいて，NbN/CFMS/NbN構造のジョセフソン素子の作製と特性評価に取り組んだ。 加えて，本質的なスピン分極率を決定できるエピタキシャル接合アンドレーエフ反射（ECAR）分光法を考案し，ホイスラー合金Co2FeSiのスピン分極率の決定にも成功した。 researchmap
• ホイスラー化合物での特異な反強磁性状態の創製2000 · 担当区分： 研究分担者 資金種別： 競争的資金 配分額： 4420000円 （ 直接経費： 3400000円 、 間接経費： 1020000円 ） Fe3-xMnxSiで、0.75<x<1.7において高温側より強磁性相（転移温度Tc）、強磁性成分を含む反強磁性的な相（A相と呼ぶ,転移温度TA）が存在することは以前よりよく知れていた。最近、我々により、x=1.7においてTAより少し低い温度で新たに反強磁性相（A2相と呼ぶ、転移温度TA2=60 K)が見出され、x=1.7では3つの転移が存在することが分かった（Tc=90 K、TA=67 K）。 2019年度は、A2相の転移や相の性質を明らかにすることを目的とする研究をおもに行った。 メスバウアー分光により、x=1.7付近の試料のスペクトルの温度変化を測定した。TA2より低い低温において、磁気秩序の存在を支持するデータが得られた。ただし、x=1.7の温度変化や、他のxのスペクトルと比較して、A相とA2相の違いについてははっきりしなかった。 また、磁化、磁気抵抗の測定による磁場中転移の磁気相図を作成した。前年度までの結果を拡張したものであるが、TA2は磁場依存し、その転移はxの増加とともに高磁場側にシフトすること、TAはxによらずほぼ67Kで、磁場変化がほとんどないことが確かめられた。 また、xが1.65から1.7の間の試料を細かく作り、磁化測定を行った。これにより、3つの転移温度が確かに存在し、xの増加とともに接近し、x=1.75で３つの転移温度が70K付近で一致することが分かった。これまでの磁化測定でx=1.8で強磁性が消失することが示唆されているので、x=1.75付近で3つの転移温度が一致し強磁性が消失すると考えられる。 researchmap
• トンネル現象を用いた接合界面での奇周波数クーパー対に関する研究2000 · 担当区分： 研究代表者 資金種別： 競争的資金 配分額： 4420000円 （ 直接経費： 3400000円 、 間接経費： 1020000円 ） 本研究は強磁性体と超伝導体の接合界面において奇周波数クーパー対の生成を検証することを目標に開始し,以下の成果を得た。 1.第一原理バンド計算からハーフメタルであると期待されるホイスラー合金Co_<2-x> Fe_xMnSiとRu_<2-x> Fe_xCrSiを合成し,それらがハーフメタルの候補であることを明らかにした。 2.ホイスラー合金Co_<2-x> Fe_xMnSiのスピン分極率が組成xに依存せず,約50%であることを明らかにした。 3.ホイスラー合金Ru_<2-x> Fe_xCrSiを合成のスピン分極率がx=1. 8のときに最大の63%であることを明らかにした。 4.奇周波数を閉じ込める目的で, MgO基板上にフルエピタキシャルNbN/Co_2MnSiとNbN/Co_2FeSi多層膜とそのナノ接合を作製することに成功した。 5. NbN/Co_2MnSiナノ接合の微分コンダクタンス測定において大きなゼロバイアスピークを観測した。この現象は拡張Blonder-Tinkham-Klapwijk(BTK)理論では説明ができず,接合界面での奇周波数クーパー対の生成の可能性を示唆する。 researchmap

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