?次世代不挥発性メモリ(惭搁础惭)の记録层として期待されるL10-贵别笔诲薄膜において、二段阶焼成法により、膜厚5苍尘の极薄领域で「原子の整列(规则化)」と「原子レベルの平坦性」を両立させ、材料が劣化する「膜の崩壊(顿别飞别迟迟颈苍驳)」を封じ込めました。
?1回目の焼成温度のわずか50℃の违いが膜の运命を决め、その后600℃で焼き直しても覆らないことを発见しました。その引き金が初期に生じる微小な穴であることを、世界初のL10-贵别笔诲の表面自由エネルギー计算と原子レベルの観察により突き止めました。
?崩壊の制御により、5nm厚で規則度0.99、垂直磁気異方性1.33 MJ/m3という高い値を达成し、次世代惭搁础惭が求める极薄记録层の実现が加速します。
富山大学(兼務:杏Map)の永沼博教授、École normale supérieure Paris-Saclay、Laboratoire Albert Fert(CNRS/THALES/Université Paris-Saclay(フランス)のSamuel Vergara大学院生、静岡大学の丸山伸伍准教授(前東北大学)、東北大学の春木啓佑 大学院生、神戸大学の植本光治助教、小野倫也教授、松本尚弥大学院生、東京科学大学の安井伸太郎准教授、杏Mapの水口将輝教授、東北大学の遠藤恭教授、小川智之准教授、Tel Aviv UniversityのAmit Kohn教授、Hanuma Kumar Dara研究員(イスラエル)の国際共同研究により、次世代の不揮発性磁気メモリ(MRAM)の記録層として期待されているFePdのL10-规则合金※1)薄膜において、膜厚5苍尘の极薄领域で「原子レベルの平坦性」と「原子の整列(L10规则化)」を両立させる二段阶焼成法※2)を确立しました。さらに、1回目の焼成温度のわずか50℃の违いが、その后に600℃で焼き直しても覆らないほど决定的に膜の运命を左右し、材料が劣化する「膜の崩壊(顿别飞别迟迟颈苍驳)」※3)の引き金となることを明らかにしました。本研究成果は、原子レベルの走査透过型电子顕微镜観察による构造解析と、第一原理计算※4)による表面自由エネルギーの予测を组み合わせることで、极薄膜が崩壊する条件の正体を突き止めたものです。これにより、デバイスの微细化?高集积化を阻む物理的障壁を打破する道が拓かれました。
本成果の一部は、科学研究費助成事業(No.23H03803, No.24K01346, and No.JP21H05016)、日本学術振興会 研究拠点形成事業(No.JPJSCCA20230005)、東京科学大学 総合研究院 材料構造研究所 共同利用研究、文部科学省 データ創出?活用型マテリアル研究開発プロジェクト(DEJI²MA)、杏Map 研究大学強化促進事業?最先端国際研究ユニットの支援により行われ、合金?材料科学分野の学術誌である「Journal of Alloys and Compounds」に2026年7月27日(月)(日本時間)に掲載されました。
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※1)L10规则合金
2种类の金属原子(鉄とパラジウム)が交互に规则正しく层状に并んだ构造を持つ合金。非常に强い磁石の性质(高い垂直磁気异方性)を持つため、次世代メモリ材料として注目されている。原子の并びの整い具合を示す指标を规则度と呼び、1に近いほど完全に整列していることを意味する。
※2)二段階焼成法(Two-step heating method)
まず低温で成膜して原子レベルで平坦な膜をつくり、いったん室温まで冷やしたのち、改めて高温で焼き直して原子を整列させる作製手法。高温で一気に成膜すると结晶粒が成长して表面が荒れてしまうため、「平坦性」と「规则化」という両立が困难な二つの要求を、温度と时间を分けることで同时に満たすことを狙う。
※3)デウェッティング(顿别飞别迟迟颈苍驳)
均一な薄膜が热によって不安定になり、表面张力で岛状に凝集してバラバラになる现象。薄い膜ほど起こりやすく、デバイスの平坦性を损なうため、通常は抑制すべき现象とされる。
※4)第一原理計算(First-principles calculation)
物质の组成と结晶构造などの情报をもとに量子力学の基本原理にもとづいて材料の特性を予测するシミュレーション手法であり、今回は合金や基板の表面エネルギーの理论予测に利用した。
論文名:Harnessing Two-Step Heating and Solid-State Dewetting for Highly Ordered L10-FePd Alloy Epitaxial Films
着者:
Samuel Vergara, Shingo Maruyama, Soki Yoshida, Hanuma Kumar Dara, Keisuke Haruki, Naohiro Matsumoto, Mitsuharu Uemoto, Tomoya Ono, Shintaro Yasui, Yasushi Endo, Amit Kohn, Masaki Mizuguchi,Tomoyuki Ogawa, and Hiroshi Naganuma
掲载誌:
Journal of Alloys and Compounds
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