【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.04.23】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
24NM5527
利用課題名 / Title
機能性トポロジカルハーフホイスラの薄膜化研究
利用した実施機関 / Support Institute
物質・材料研究機構 / NIMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者以外）/Internal Use (by non ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）計測・分析/Advanced Characterization（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）-
キーワード / Keywords
ホイスラー合金, 誘導結合プラズマ発光分光, X線回折
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
葛西 伸哉
所属名 / Affiliation
物質・材料研究機構
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
杉本 聡志
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
藤井 湧
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）,技術代行/Technology Substitution
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
高いスピン偏極率を示すホイスラー合金は、スピントロニクス分野において長らく多様な材料系が研究されてきた。中でも、3元素系からなるMgAgAs型ハーフホイスラー構造は、フェルミ面近傍に特徴的なトポロジカル表面状態を形成することで、特異なスピン輸送特性を示すことが期待されている。加えて、多くが高融点材料となるため、トランジスタをはじめとするデバイス加工に欠かせないバックエンド工程との適合性が高く、将来の半導体デバイス分野においても有力な材料候補のひとつと目されている。本研究では、産業適用が可能なスパッタ法により高品質なハーフホイスラーYPtBiの薄膜化研究を目的とする。
実験 / Experimental
超高真空チャンバーにて同時スパッタ法を用いて作成した(Bi, Y, Pt)からなるナノスケール膜厚薄膜に対し、誘導結合プラズマ発光分析装置群を用いて各元素の成分解析を行った。同定された元素毎のアト比は成膜条件にフィードバックがかけられ、本研究で目的とするMgAgAs型ハーフホイスラー構造の合成条件の追求に使用された。合成された薄膜サンプルは、Ｘ線回折装置（XRD）による結晶構造解析、物性特性測定システム（PPMS）による輸送特性が評価され、スパッタ薄膜サンプルの物性について議論された。
結果と考察 / Results and Discussion
図１にMgAgAs型ハーフホイスラーYPtBiの（a）結晶構造と、同時スパッタによって作成されたサンプルの（b）XRDプロファイル、（c）抵抗率の温度依存性を示す。c面サファイア基板を採用することにより、強い（111）配向を示す高結晶性薄膜の合成に成功した。同サンプルは半導体ライクの輸送特性を示し、極低温における急峻な抵抗率の変化が観察された。バルク結晶で報告された弱局在の発現などは明確には観察できていないが、先行のハーフホイスラー薄膜に比類する特徴的な輸送特性が再現できたといえる。 ハーフホイスラーにおけるトポロジカル特性の発現には、格子歪による結晶構造への寄与が大きいと議論されている。今後はバッファ層の最適化や、ドーピングによる輸送特性の向上と、続くデバイス化に向けたプロセス研究を継続する予定である。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
図１：(a). MgAgAs型ハーフホイスラー結晶構造。同時スパッタにて製膜されたYPtBi薄膜における(b). XRDプロファイル、及び(c).抵抗率。
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
なし
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件