JP2021040163A - 磁気抵抗効果素子及び強磁性層積層体 - Google Patents

磁気抵抗効果素子及び強磁性層積層体 Download PDF

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Abstract

【課題】ＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面抵抗）をより大きくすることができる磁気抵抗効果素子を提供する。【解決手段】第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、を備え、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、Ｃｏ２ＦｅαＸβ（Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）で表されるホイスラー合金を含み、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、二層以上の強磁性層を含む積層体であり、前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＦｅ濃度が高い、磁気抵抗効果素子。【選択図】図１

Description

本発明は、磁気抵抗効果素子及び強磁性層積層体に関するものである。
磁気抵抗効果素子は、磁気抵抗効果により積層方向の抵抗値が変化する素子である。磁気抵抗効果素子は、２つの強磁性層とこれらに挟まれた非磁性層とを備える。非磁性層に導体が用いられた磁気抵抗効果素子は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子と言われ、非磁性層に絶縁層（トンネルバリア層、バリア層）が用いられた磁気抵抗効果素子は、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子と言われる。
ＧＭＲ素子の中でも、素子の膜面直方向に電流を流す面直通電型巨大磁気抵抗（ＣＰＰ−ＧＭＲ）素子は、次世代のハードディスク用ヘッドとして注目されている。このＣＰＰ−ＧＭＲでは、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）を向上させるために、強磁性層にホイスラー合金が広く利用されている。
非特許文献１には、強磁性層の材料としてホイスラー合金であるＣｏ２ＦｅＧａ０．５Ｇｅ０．５合金を、非磁性層の材料としてＡｇを用い、強磁性層と非磁性層との間に、ＮｉＡｌ層を挿入した構成のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。この非特許文献１には、ＭＲ比が７７％で、ＲＡ（面抵抗）が３３．４ｍΩ・μｍ２のＣＰＰ−ＧＭＲ素子が記載されている。
非特許文献２には、記録密度が２Ｔｂｉｔ／ｉｎ２のハードディスクの磁気ヘッドとして利用可能なＣＰＰ−ＧＭＲ素子の条件が記載されている。この非特許文献２には、スピントランスファートルクによる臨界電流密度Ｊｃを、２．５×１０７Ａ／ｃｍ２としたときと、５．０×１０７Ａ／ｃｍ２としたときと、１．０×１０８Ａ／ｃｍ２としたときのＣＰＰ−ＧＭＲのＭＲ比とＲＡとの関係を示すグラフが記載されている。
Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．１０８，１０２４０８（２０１６） ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＭＡＧＮＥＴＩＣＳ，ＶＯＬ．４６，ＮＯ．６，ＪＵＮＥ ２０１０の図５
近年のハードディスクの低電圧化、省電力化の要求に伴って、ハードディスク用ヘッドではさらなる低消費電力化が望まれている。上記非特許文献１に記載されているＭＲ比が７７％で、ＲＡが３３．４ｍΩ・μｍ２のＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、上記非特許文献２の図５のグラフによれば、臨界電流密度Ｊｃが５．０〜１０×１０７Ａ／ｃｍ２のハードディスクでは利用できるが、臨界電流密度Ｊｃが５．０〜１０×１０７Ａ／ｃｍ２よりも低いハードディスクには利用できない。すなわち、臨界電流密度Ｊｃが５．０〜１０×１０７Ａ／ｃｍ２よりも低いハードディスクで利用できるようにするためには、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比をさらに向上させるあるいはＲＡを大きくすることが必要となる。しかしながら、ＣＰＰ−ＧＭＲ素子は、一般にＲＡを大きくすると、ＭＲ比が低下する傾向があるという問題がある。
また、ハードディスクに限られず、磁気抵抗メモリ（ＭＲＡＭ）等において、ＲＡが大きい場合でも、ＭＲ比が高いものが求められている。
本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面抵抗）をより大きくすることができる磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子などの磁気を利用した素子や装置に有利に利用することができる強磁性層積層体を提供することを課題とする。
本発明者らは、強磁性層の材料として、一般式がＣｏ２ＦｅαＸβ（式中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）で表されるホイスラー合金を用いることによって、磁気抵抗効果素子のＭＲ比とＲＡとをより大きくすることが可能となることを見出した。従って、本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
［１］第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、を備え、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含み、
Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
（式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、二層以上の強磁性層を含む積層体であり、前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＦｅ濃度が高い。
［２］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層はＡｇを含む構成とされていてもよい。
［３］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層と前記非磁性層との間及び前記第２強磁性層と前記非磁性層との間のそれぞれに、ＮｉＡｌ合金を含むＮｉＡｌ層が備えられている構成とされていてもよい。
［４］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＮｉＡｌ層の厚みｔが、０＜ｔ≦０．６３ｎｍである構成とされていてもよい。
［５］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＮｉＡｌ合金が、ＮｉをＡｌよりも多く含む構成とされていてもよい。
［６］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＮｉＡｌ合金が、ＡｌをＮｉよりも多く含む構成とされていてもよい。
［７］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧｅを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧｅ濃度が低い構成とされていてもよい。
［８］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧａを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧａ濃度が高い構成とされていてもよい。
［９］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりも規則度が高い構成とされていてもよい。
［１０］上記第１の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、前記非磁性層側とは反対側にＮｉを含む層が備えられている構成とされていてもよい。
［１１］第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子は、第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、を備え、
前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含み、
Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
（式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、二層以上の強磁性層を含む積層体であり、前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりも規則度が高い。
［１２］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記非磁性層はＡｇを含む構成とされていてもよい。
［１３］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層と前記非磁性層との間及び前記第２強磁性層と前記非磁性層との間のそれぞれに、ＮｉＡｌ合金を含むＮｉＡｌ層が備えられている構成とされていてもよい。
［１４］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＮｉＡｌ層の厚みｔが、０＜ｔ≦０．６３ｎｍである構成とされていてもよい。
［１５］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＮｉＡｌ合金が、ＮｉをＡｌよりも多く含む構成とされていてもよい。
［１６］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記ＮｉＡｌ合金が、ＡｌをＮｉよりも多く含む構成とされていてもよい。
［１７］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧｅを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧｅ濃度が低い構成とされていてもよい。
［１８］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧａを含み第２の、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧａ濃度が高い構成とされていてもよい。
［１９］上記第２の態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、前記非磁性層側とは反対側にＮｉを含む層が備えられている構成とされていてもよい。
［２０］第３の態様にかかる強磁性層積層体は、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含む強磁性層を、二層以上有する積層体であって、
Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
（式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
前記二層以上の強磁性層のうちの一方の前記強磁性層は、他方の前記強磁性層よりもＦｅ濃度が高い。
［２１］第４の態様にかかる強磁性層積層体は、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含む強磁性層を、二層以上有する積層体であって、
Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
（式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
前記二層以上の強磁性層のうちの一方の前記強磁性層は、他方の前記強磁性層よりも規則度が高い。
本発明によれば、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面抵抗）をより大きくすることができる磁気抵抗効果素子および磁気抵抗効果素子などの磁気を利用した素子や装置に有利に利用することができる強磁性層積層体を提供することが可能となる。
第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 ホイスラー合金の結晶構造の一例を示す模式図であり、（ａ）〜（ｃ）は、フルホイスラー合金の結晶構造の一例であり、（ｄ）〜（ｆ）は、ハーフホイスラー合金の結晶構造の一例である。 第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。 適用例１にかかる磁気記録装置の断面図である。 適用例２にかかる磁気記録素子の断面図である。 適用例３にかかる磁気記録素子の断面図である。 適用例４にかかるスピン流磁化回転素子の断面図である。 適用例５にかかる磁壁移動素子の断面図である。 適用例６にかかる磁壁移動素子の断面図である。 適用例７にかかる磁壁移動素子の断面図である。 実施例１〜６及び比較例１〜３で作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ比とＲＡをプロットしたグラフである。 実施例７で作製した磁気抵抗効果素子の断面図である。 実施例７で作製した磁気抵抗効果素子の断面図と、その磁気抵抗効果素子を積層方向に切断した切断面の元素分布図である。 実施例７で作製した磁気抵抗効果素子を積層方向に切断した切断面のＳＴＥＭ像である。 図１５ＡのＴＥＭ像における１〜８で示す領域の電子線回折像である。
以下、本発明について、図面を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。図１は、磁気抵抗効果素子１０１の各層の積層方向に沿って磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面図である。磁気抵抗効果素子１０１は、基板１０の上に、下地層２０と、第１強磁性層３０と、第１ＮｉＡｌ層４０と、非磁性層５０と、第２ＮｉＡｌ層６０と、第２強磁性層７０と、キャップ層８０とがこの順で積層された積層体である。非磁性層５０は、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０との間に位置している。第１ＮｉＡｌ層４０は、第１強磁性層３０と非磁性層５０との間に位置し、第２ＮｉＡｌ層６０は、非磁性層５０と第２強磁性層７０との間に位置している。
（基板）
基板１０は、磁気抵抗効果素子１０１の土台となる部分である。基板１０は、平坦性に優れた材料を用いることが好ましい。基板１０は、例えば、金属酸化物単結晶、シリコン単結晶、熱酸化膜付シリコン単結晶、サファイア単結晶、セラミック、石英、及びガラスを含む。基板１０に含まれる材料は、適度な機械的強度を有し、且つ熱処理や微細加工に適した材料であれば、特に限定されない。金属酸化物単結晶としては、例えば、ＭｇＯ単結晶が挙げられる。ＭｇＯ単結晶を含む基板は、例えば、スパッタリング法を用いて容易にエピタキシャル成長膜が形成できる。このエピタキシャル成長膜を用いた磁気抵抗効果素子は、大きな磁気抵抗特性を示す。基板１０の種類は目的とする製品によって異なる。製品がＭＲＡＭの場合、基板１０は、例えば、回路構造を有するＳｉ基板である。製品が磁気ヘッドの場合、基板１０は、例えば、加工しやすいＡｌＴｉＣ基板である。
（下地層）
下地層２０は、基板１０と第１強磁性層３０との間に位置している。下地層２０は、基板１０の上に、第１下地層２１、第２下地層２２、第３下地層２３がこの順で積層された３層構造の積層体とされている。
第１下地層２１は、基板１０の格子定数と第２下地層２２の格子定数との差を緩和するバッファ層として機能する。第１下地層２１の材料は、導電性の材料、絶縁性の材料のいずれでもよい。第１下地層２１の材料は、基板１０の材料と第２下地層２２の材料によっても異なるが、例えば、（００１）配向したＮａＣｌ構造を有する化合物である。ＮａＣｌ構造を有する化合物は、例えば、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｖ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂ、Ａｌ、Ｃｅの群から選択される少なくとも１つの元素を含む窒化物、又は、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｅの群から選択される少なくとも１つの元素を含む酸化物である。
また、第１下地層２１の材料として、例えば、ＡＢＯ３の組成式で表される（００２）配向したペロブスカイト系導電性酸化物を用いることができる。ペロブスカイト系導電性酸化物は、例えば、サイトＡとしてＳｒ、Ｃｅ、Ｄｙ、Ｌａ、Ｋ、Ｃａ、Ｎａ、Ｐｂ、Ｂａの群から選択された少なくとも１つの元素を含み、サイトＢとしてＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｇａ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｔａ、Ｃｅ、Ｐｂの群から選択された少なくとも１つの元素を含む酸化物である。
第２下地層２２は、第２下地層２２の上に積層される上部の層の結晶性を高めるシード層として機能する。第２下地層２２は、例えば、ＭｇＯ、ＴｉＮ及びＮｉＴａ合金の少なくとも一種類を含む。また、例えば、ＣｏとＦｅとを含む合金を用いることができる。ＣｏとＦｅとを含む合金は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂである。
第３下地層２３は、第２下地層２２の格子定数と第１強磁性層３０の格子定数との差を緩和するバッファ層として機能する。第３下地層２３は、検出用電流を流すための電極として利用できるようにするため、金属元素、例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｖ、Ａｌ、Ｗ、及びＰｔの少なくとも一つの金属元素を含む層であってもよい。また、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む層であってもよい。さらに、例えば、（００１）配向した正方晶構造又は立方晶構造を有し、かつＡｌ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｍｏ、Ｗ、Ｐｔの群から選択される少なくとも１つの元素を含む層であってもよい。第３下地層２３は、これらの金属元素の合金、又はこれら金属元素の２種類以上を含む材料の積層体であってもよい。金属元素の合金には、例えば、立方晶系のＡｇＺｎ合金、ＡｇＭｇ合金、ＣｏＡｌ合金、ＦｅＡｌ合金及びＮｉＡｌ合金が含まれる。
なお、下地層２０は、基板１０と第１強磁性層３０の格子定数の差を緩和するバッファ層として機能することで、下地層２０の上に形成される上部の層の結晶性を高めるために用いられる。必要に応じて第１下地層２１、第２下地層２２、第３下地層２３のいずれかを省くこともできる。また必要に応じて第１下地層２１、第２下地層２２、第３下地層２３のいずれかを同じ材料で形成することもできる。また必要に応じて各下地層を複数回積層するなどにより増やすこともできる。
（第１強磁性層、第２強磁性層）
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０は磁性体である。第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０は、それぞれ磁化をもつ。磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層３０の磁化と第２強磁性層７０の磁化の相対角の変化を抵抗値変化として出力する。
第２強磁性層７０の磁化は、例えば、第１強磁性層３０の磁化より動きやすい。所定の外力を加えた場合に、第１強磁性層３０の磁化の向きは変化せず（固定され）、第２強磁性層７０の磁化の向きは変化する。第１強磁性層３０の磁化の向きに対して第２強磁性層７０の磁化の向きが変化することで、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値は変化する。この場合、第１強磁性層３０は磁化固定層と言われ、第２強磁性層７０は磁化自由層と呼ばれる場合がある。以下、第１強磁性層３０が磁化固定層、第２強磁性層７０が磁化自由層の場合を例にとって説明をするが、この関係は反対でもよい。
所定の外力を印加した際の第１強磁性層３０の磁化と第２強磁性層７０の磁化との動きやすさの差は、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０との保磁力の違いにより生じる。例えば、第２強磁性層７０の厚みを第１強磁性層３０の厚みより薄くすると、第２強磁性層７０の保磁力が第１強磁性層３０の保磁力より小さくなる。また例えば、第１強磁性層３０の非磁性層５０と反対側の面に、スペーサ層を介して、反強磁性層を設ける。第１強磁性層３０、スペーサ層、反強磁性層は、シンセティック反強磁性構造（ＳＡＦ構造）となる。シンセティック反強磁性構造は、スペーサ層を挟む２つの磁性層を含む。第１強磁性層３０と反強磁性層とが反強磁性カップリングすることで、反強磁性層を有さない場合より第１強磁性層３０の保磁力が大きくなる。反強磁性層は、例えば、ＩｒＭｎ，ＰｔＭｎ等である。スペーサ層は、例えば、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈからなる群より選ばれる少なくとも一つを含む。厚みにより保磁力差を生み出す方法は、反強磁性層等の寄生抵抗の原因となりうる追加の層が不要である。一方で、ＳＡＦ構造により保磁力差を生み出す方法は、第１強磁性層３０の磁化の配向性を高めることができる。
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０はそれぞれ、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含む。第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０はそれぞれ、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金からなることが好ましい。ただし、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、製造材料又は製造工程において不可避的に混入する不純物である。不可避不純物は、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０以外の他の層を構成する元素を含む。
Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
（式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
ホイスラー合金は、合金中を流れる電流を担う電子が上向き又は下向きのスピンのみを有し、スピン分極率が理想的には１００％を示すハーフメタルである。ホイスラー合金は、一般に、Ｃｏ２ＦｅαＸβ（α＝β＝１）の組成で、Ｌ２１構造と呼ばれる配列構造を有する。これに対して、一般式（１）のホイスラー合金は、α及びβが２．３≦α＋βとされていて、化学量論組成から外れている。第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の材料として、化学量論組成からはずれたホイスラー合金を用いることによって、ＭＲ比とＲＡが大きい磁気抵抗効果素子１０１が得られると考えられる。ただし、ホイスラー合金の組成が化学量論組成から過度に大きく外れると、Ｌ２１構造に欠損が生じて、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比とＲＡを大きくする効果が低下するおそれがある。このためα＋βは、２．３≦α＋β＜２．６６であることが好ましく、２．４５＜α＋β＜２．６６であることが特に好ましい。なお、αは、Ｃｏ原子の数を２としたときのＦｅ原子の数であり、βは、Ｃｏ原子の数を２としたときのＸ成分の原子の数である。
また、一般式（１）のホイスラー合金は、α及びβがα＜βとされている。これにより、Ｆｅ原子がＣｏ原子サイトに置換するアンチサイトが抑制される。これによりＦｅ原子がＣｏ原子サイトに置換するアンチサイトによるフェルミレベルの変動が抑えられ、ホイスラー合金のハーフメタルとしての特性を安定して発揮させることができる。よって、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比が向上する。ただし、βが大きくなりすぎる、すなわちＸ成分がＦｅよりも多くなりすぎると、Ｌ２１構造に欠損が生じて、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比を向上させる効果が低下するおそれがある。α及びβは、α＜β＜２×αであることが好ましく、α＜β＜１．５×αであることが特に好ましい。
さらに、一般式（１）のホイスラー合金は、αが０．５＜α＜１．９とされている。これにより、ホイスラー合金の高いスピン分極率を確保することができる。よって、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比が大きくなる。磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比を向上させる効果を維持しながら、Ｆｅ原子がＣｏ原子サイトに置換するアンチサイトを抑制するためには、αは、０．８＜α＜１．３３であることが好ましく、０．９＜α＜１．２であることが特に好ましい。
Ｘ成分は、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素である。これの元素の中では、Ｍｎ、Ｇａ及びＧｅが好ましい。
一般式（１）のホイスラー合金は、例えば、下記の一般式（２）で表される合金であることが好ましい。
Ｃｏ２ＦｅαＧａγＹβ−γ ・・・（２）
（式（２）中、Ｙは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α、β及びγは、２．３≦α＋β、α＜β、且つ０．５＜α＜１．９、０．１≦γを満足する数を表す。）
一般式（２）のホイスラー合金は、Ｃｏ原子の数を２としたときに、Ｇａ原子を０．１以上含むので、低温度でも規則化が可能である。このため、一般式（２）のホイスラー合金を用いた磁気抵抗効果素子１０１は、素子全体において原子相互拡散が抑制され、ＭＲ比が向上する。
一般式（２）のホイスラー合金は、βとγは、２×γ＜βを満足する数であること、すなわち、Ｇａ原子の数がＹ成分の原子の数よりも少ないことが好ましい。これにより、Ｇａ原子の数が多くなりすぎることによって、Ｇａが他の層に拡散することを抑制することができる。
また、一般式（１）のホイスラー合金は、例えば、下記の一般式（３）で表される合金であることが好ましい。
Ｃｏ２ＦｅαＧｅδＺβ−δ ・・・（３）
（式（３）中、Ｚは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ及びＧａからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α、β及びδは、２．３≦α＋β、α＜β、且つ０．５＜α＜１．９、０．１≦δを満足する数を表す。）
一般式（３）のホイスラー合金は、Ｃｏ原子の数を２としたときに、Ｇｅ原子を０．１以上含む。Ｇｅは半導体元素であり、ホイスラー合金の抵抗率を大きくする作用がある。このため、一般式（３）のホイスラー合金を用いた磁気抵抗効果素子１０１はＲＡがより大きくなる。
一般式（３）のホイスラー合金は、βとδは、２×δ＞βを満足する数であること、すなわち、Ｇｅ原子の数がＺ成分の原子の数よりも多いことが好ましい。これにより、Ｇｅ原子の効果をより確実に得ることができる。ただし、Ｇｅの含有量が多くなりすぎると、ホイスラー合金の抵抗率が大きくなりすぎて、磁気抵抗効果素子１０１の寄生抵抗成分となってしまい、磁気抵抗効果が薄められてしまうおそれがある。このため、δは、０．６３＜δ＜１．２６であることがより好ましく、０．８４＜δ＜１．２６であることが特に好ましい。
さらに、一般式（１）のホイスラー合金は、例えば、下記の一般式（４）で表される合金であることが好ましい。
Ｃｏ２ＦｅαＧａγＧｅδ ・・・（４）
（式（４）中、α、γ及びδは、２．３≦α＋γ＋δ、α＜γ＋δ、且つ０．５＜α＜１．９、０．１≦γ、０．１≦δを満足する数を表す。）
一般式（４）のホイスラー合金は、一般式（１）のホイスラー合金のＸ成分としてＧａとＧｅを含む合金である。よって、一般式（４）のγ＋δは、一般式（１）のβに相当する。一般式（４）のホイスラー合金は、ＧａとＧｅの相乗効果によって、ハーフメタルとして特性が強くなりスピン分極率が向上する。このため一般式（４）のホイスラー合金を用いた磁気抵抗効果素子１０１は、上記のＧａとＧｅの相乗効果によってＭＲ比とＲＡがより大きくなる。
一般式（４）において、γとδは、γ＜δを満足する数であること、すなわち、Ｇｅ原子の数がＧａ原子の数よりも多いことが好ましい。また、δは、０．６３＜δ＜１．２６であることがより好ましく、０．８４＜δ＜１．２６であることが特に好ましい。γとδがこの関係を満足することによって、ＧａとＧｅの効果がより発揮され、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比とＲＡがより大きくなる。
また、一般式（４）において、α、γ及びδは、２．３≦α＋γ＋δ＜２．６６であることが好ましく、２．４５＜α＋γ＋δ＜２．６６であることが特に好ましい。α、γ及びδがこの関係を満足することによって、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比とＲＡがより大きくなる。
またさらに、一般式（１）のホイスラー合金は、例えば、下記の一般式（５）で表される合金であることが好ましい。
Ｃｏ２ＦｅαＧａγＧｅδＭｎε・・・（５）
（式（５）中、α、γ、δ及びεは、２．３≦α＋γ＋δ＋ε、α＜γ＋δ＋ε、且つ０．５＜α＜１．９、０．１≦γ、０．１≦δ、０．１≦εを満足する数を表す。）
一般式（４）のホイスラー合金は、一般式（１）のホイスラー合金のＸ成分としてＧａとＧｅとＭｎを含む合金である。よって、一般式（５）のγ＋δ＋εは、一般式（１）のβに相当する。
Ｍｎは、Ｇａ及びＧｅと共存することによって、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比とＲＡを大きくする効果を有する。また、Ｍｎ原子がＣｏ原子サイトに置換するアンチサイトはハーフメタル特性を阻害しない。一般式（５）において、δとεは、δ＜εを満足する数であること、すなわち、Ｍｎ原子の数がＧｅ原子の数よりも多いことが好ましい。また、γとδは、δ＜γを満足する数であること、すなわち、Ｇａ原子の数がＧｅ原子の数よりも多いことが好ましい。具体的には、γは０．４＜γ＜０．６を、δは０．２＜δ＜０．４を、εは０．３８＜ε＜０．７６をそれぞれ満足することが好ましい。γ、δ及びεがこの関係を満足することによって、ＧａとＧｅとＭｎの効果がより発揮され、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比とＲＡがより大きくなる。
また、一般式（５）において、α、γ、δ及びεは、２．３≦α＋γ＋δ＋ε＜２．６６であることが好ましく、２．４５＜α＋γ＋δ＋ε＜２．６６であることが特に好ましい。α、γ、δ及びεがこの関係を満足することによって、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比とＲＡがより大きくなる。
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０はそれぞれ単層であってもよいし、二層以上の積層体であってもよい。第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０が積層体である場合、それぞれの強磁性層は、組成や規則度が異なっていてもよい。第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層は、Ｆｅ濃度が非磁性層５０側とは反対側の強磁性層と同等もしくはそれ以上であることが好ましい。ただし、非磁性層５０と接する強磁性層のＦｅ濃度は、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層のＦｅ濃度に対して３倍以下であることが好ましい。また、二層以上の強磁性層がそれぞれＧｅを含むときは、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層は、Ｇｅ濃度が非磁性層５０側とは反対側の強磁性層と同等もしくはそれ以下であることが好ましい。ただし、非磁性層５０と接する強磁性層のＧｅ濃度は、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層のＧｅ濃度に対して１／３以上であることが好ましい。さらに、二層以上の強磁性層がそれぞれＧａを含むときは、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層は、Ｇａ濃度が非磁性層５０側とは反対側の強磁性層と同等もしくはそれ以上であることが好ましい。ただし、非磁性層５０と接する強磁性層のＧａ濃度は、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層のＧａ濃度に対して３倍以下であることが好ましい。またさらに、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層は、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層よりも規則度が高いことが好ましい。
第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が単層である場合、非磁性層５０と接する面は、Ｆｅ濃度が非磁性層５０側とは反対側の面と同等もしくはそれ以上であることが好ましい。ただし、非磁性層５０と接する層のＦｅ濃度は、非磁性層５０側とは反対側の面のＦｅ濃度に対して３倍以下であることが好ましい。また、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０がＧｅを含むときは、非磁性層５０と接する面は、Ｇｅ濃度が非磁性層５０側とは反対側の面と同等もしくはそれ以下であることが好ましい。ただし、非磁性層５０と接する面のＧｅ濃度は、非磁性層５０側とは反対側の面のＧｅ濃度に対して１／３以上であることが好ましい。さらに、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０がＧａを含むときは、非磁性層５０と接する面は、Ｇａ濃度が非磁性層５０側とは反対側の面と同等もしくはそれ以上であることが好ましい。ただし、非磁性層５０と接する面のＧａ濃度は、非磁性層５０側とは反対側の面のＧａ濃度に対して３倍以下であることが好ましい。またさらに、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の非磁性層５０と接する面は、非磁性層５０側とは反対側の面よりも規則度が高いことが好ましい。
ここで、強磁性層の規則度について説明する。図２は、ホイスラー合金の結晶構造の一例を示す模式図であり、（ａ）〜（ｃ）は、フルホイスラー合金の結晶構造の一例であり、（ｄ）〜（ｆ）は、ハーフホイスラー合金の結晶構造の一例である。
図２（ａ）に示す結晶構造は、Ｌ２１構造と言われる。Ｌ２１構造は、Ｐサイトに入る元素、Ｑサイトに入る元素、及び、Ｒサイトに入る元素が固定されている。図２（ｂ）に示す結晶構造は、Ｌ２１構造由来のＢ２構造と言われる。Ｂ２構造は、Ｑサイトに入る元素とＲサイトに入る元素とが混在し、Ｐサイトに入る元素が固定されている。図２（ｃ）に示す結晶構造は、Ｌ２１構造由来のＡ２構造と言われる。Ａ２構造は、Ｐサイトに入る元素とＱサイトに入る元素とＲサイトに入る元素とが混在している。
図２（ｄ）に示す結晶構造は、Ｃ１ｂ構造と言われる。Ｃ１ｂ構造は、Ｐサイトに入る元素、Ｑサイトに入る元素、及び、Ｒサイトに入る元素が固定されている。図２（ｅ）に示す結晶構造は、Ｃ１ｂ構造由来のＢ２構造と言われる。Ｂ２構造は、Ｑサイトに入る元素とＲサイトに入る元素とが混在し、Ｐサイトに入る元素が固定されている。図２（ｆ）に示す結晶構造は、Ｃ１ｂ構造由来のＡ２構造と言われる。Ａ２構造は、Ｐサイトに入る元素とＱサイトに入る元素とＲサイトに入る元素とが混在している。
フルホイスラー合金においてはＬ２１構造＞Ｂ２構造＞Ａ２構造の順に規則度が高く、ハーフホイスラー合金においてはＣ１ｂ構造＞Ｂ２構造＞Ａ２構造の順に、規則度が高い。これらの結晶構造は規則度の違いはあるが、いずれも結晶である。
第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が単層である場合、非磁性層５０と接する面は、非磁性層５０側とは反対側の面よりもＦｅ濃度が高いことが好ましい。また、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０がＧｅを含むときは、非磁性層５０と接する面は、非磁性層５０側とは反対側の面よりもＧｅ濃度が低いことが好ましい。さらに、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０がＧａを含むときは、非磁性層５０と接する面は、非磁性層５０側とは反対側の面よりもＧａ濃度が高いことが好ましい。またさらに、非磁性層５０と接する面は、非磁性層５０側とは反対側の面よりも規則度が高いことが好ましい。
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０を構成するホイスラー合金は、結晶化している。ホイスラー合金が結晶化しているか否かは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像（例えば高角散乱環状暗視野走査透過顕微鏡像：ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像）又は透過型電子線を用いた電子線回折像により判断できる。ホイスラー合金が結晶化していると、例えばＴＥＭで撮影したＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像で原子が規則的に配列している状態が確認できる。より詳細には、ＨＡＡＤＦ−ＳＴＥＭ像のフーリエ変換像に、ホイスラー合金の結晶構造に由来するスポットが現れる。またホイスラー合金が結晶化していると、電子線回折像において（００１）面、（００２）面、（１１０）面、（１１１）面のうち少なくとも一つの面からの回折スポットが確認できる。少なくともいずれかの手段で結晶化が確認できた場合、ホイスラー合金の少なくとも一部が結晶化していると言える。
また、ホイスラー合金の結晶構造は、ＸＲＤ（Ｘ線回折法）、ＲＨＥＥＤ（反射高速電子回折法）等により測定可能である。例えば、ＸＲＤの場合、ホイスラー合金がＬ２１構造の場合、（２００）及び（１１１）ピークを示すが、Ｂ２構造の場合、（２００）ピークは示すが、（１１１）ピークは示さない。例えば、ＲＨＥＥＤの場合、ホイスラー合金がＬ２１構造の場合、（２００）ストリーク及び（１１１）ストリークを示すが、Ｂ２構造の場合、（２００）ストリークは示すが、（１１１）ストリークは示さない。
磁気抵抗効果素子を構成する各層の組成分析は、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を用いて行うことができる。また、ＥＤＳ線分析を行えば、例えば、各材料の膜厚方向の組成分布を確認することができる。
また、ホイスラー合金の組成は、ＸＲＦ（蛍光Ｘ線法）、ＩＣＰ（誘導結合プラズマ）発光分光分析法、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）、ＡＥＳ（オージェ電子分光法）等により測定可能である。
（第１ＮｉＡｌ層、第２ＮｉＡｌ層）
第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０は、ＮｉＡｌ合金を含む層である。第１ＮｉＡｌ層４０は、第１強磁性層３０と非磁性層５０との格子不整合を緩和するバッファ層として、第２ＮｉＡｌ層６０は、非磁性層５０と第２強磁性層７０との格子不整合を緩和するバッファ層として機能する。この第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０の機能によって、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比がより向上する。
第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０はそれぞれ、厚みｔが０＜ｔ≦０．６３ｎｍであることが好ましい。厚みｔが厚くなりすぎると第１強磁性層３０（第２強磁性層７０）から第２強磁性層７０（第１強磁性層３０）に移動する電子においてスピン散乱されるおそれがある。厚みｔがこの範囲内にあることによって、移動する電子においてスピン散乱が抑制され、第１強磁性層３０と非磁性層５０との格子不整合が低減し、非磁性層５０と第２強磁性層７０との格子不整合が低減する。その結果、磁気抵抗効果が特に大きくなる。
第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０はそれぞれ、ＮｉＡｌ合金からなる層であることが好ましい。第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０以外の他の層を構成する元素を含む。また、ＮｉＡｌ合金に含まれるＮｉとＡｌの割合は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。ＮｉとＡｌの割合は、モル比で１：３〜３：１の範囲内にあることが好ましい。また、第１ＮｉＡｌ層４０と第２ＮｉＡｌ層６０とは、ＮｉとＡｌの割合が異なっていてもよい。例えば、第１ＮｉＡｌ層４０は、ＡｌをＮｉよりも多く含んでいて、第２ＮｉＡｌ層６０は、ＮｉをＡｌよりも多く含んでいてもよい。
（非磁性層）
非磁性層５０は、非磁性の金属を含む。非磁性層５０は、非磁性の金属からなることが好ましい。ただし、非磁性層は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、非磁性層５０以外の他の層を構成する元素を含む。非磁性層５０の材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ等である。非磁性層５０は、主の構成元素としてＡｇ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒからなる群より選ばれる一以上の元素を含むことが好ましい。主の構成元素とは、組成式において、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒが占める割合が５０％以上となることを意味する。非磁性層５０は、Ａｇを含むことが好ましく、主の構成元素としてＡｇを含むことが好ましい。Ａｇはスピン拡散長が長いため、Ａｇを用いた磁気抵抗効果素子１０１は、ＭＲ比がより大きくなる。
非磁性層５０は、例えば、厚みが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。非磁性層５０は、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０との磁気的な結合を阻害する。
（キャップ層）
キャップ層８０は、磁気抵抗効果素子１０１の基板１０と反対側に位置する。キャップ層８０は、第２強磁性層７０を保護するために設けられる。キャップ層８０は、第２強磁性層７０からの原子の拡散を抑制する。またキャップ層８０は、磁気抵抗効果素子１０１の各層の結晶配向性にも寄与する。キャップ層８０を有すると、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の磁化が安定化し、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比を向上させることができる。
キャップ層８０は、検出用電流を流すための電極として利用できるようにするため、導電性が高い材料を含むことが好ましい。キャップ層８０は、例えば、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、及びＩｒの一以上の金属元素、これら金属元素の合金、又は、これら金属元素の２種類以上を含む材料の積層体を含んでよい。
本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０のうちの少なくとも一方は、非磁性層５０側とは反対側にＮｉを含む層が備えられていてもよい。すなわち、第１強磁性層３０と基板１０（下地層２０を備える場合は下地層２０）との間及び／又は第２強磁性層７０とキャップ層８０との間にＮｉを含む挿入層が挿入されていてもよい。第１強磁性層３０と基板１０（あるいは下地層２０）との間の挿入層（第１挿入層）と第２強磁性層７０とキャップ層８０との間の挿入層（第２挿入層）は、Ｎｉからなることが好ましい。ただし、第１挿入層及び第２挿入層は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、第１挿入層及び第２挿入層以外の他の層を構成する元素を含む。
次に、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子１０１の製造方法について説明する。磁気抵抗効果素子１０１は、例えば、基板１０の上に、下地層２０（第１下地層２１、第２下地層２２、第３下地層２３）、第１強磁性層３０、第１ＮｉＡｌ層４０、非磁性層５０、第２ＮｉＡｌ層６０、第２強磁性層７０、キャップ層８０をこの順に積層することによって得られる。各層の成膜方法は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、レーザアブレーション法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法を用いることができる。第１挿入層及び第２挿入層の成膜方法は、例えば、スパッタリング法、蒸着法、レーザアブレーション法、分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法を用いることができる。
また下地層２０の形成後、あるいは第２強磁性層７０の積層後に、基板１０をアニールしてもよい。アニールにより各層の結晶性が高まる。
第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０のＮｉとＡｌの割合は、共スパッタリング法により調整できる。例えば、Ｎｉを多く含むＮｉＡｌ層は、ＮｉＡｌ合金ターゲットとＮｉターゲットを用いた共スパッタリング法によって成膜できる。同様に、Ａｌを多く含むＮｉＡｌ層は、ＮｉＡｌ合金ターゲットとＡｌターゲットを用いた共スパッタリング法によって成膜できる。
第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合、強磁性層の組成は、共スパッタリング法により調整できる。例えば、鉄濃度が異なる２層の強磁性層は、一層を、ＣｏＦｅＧａＧｅ合金ターゲットを用いたスパッタリング法によって成膜し、他の層を、ＣｏＦｅＧａＧｅ合金ターゲットとＦｅターゲットを用いた共スパッタリング法によって成膜することによって得ることができる。
第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が単層の場合、強磁性層の組成は、ＣｏＦｅＧａＧｅ合金ターゲットとＦｅターゲットを用いた共スパッタリング法により調整できる。例えば、非磁性層５０と接する面と非磁性層５０側とは反対側の面とで鉄濃度が異なる強磁性層は、ＣｏＦｅＧａＧｅ合金ターゲットの成膜パワーを一定にし、Ｆｅターゲットの成膜パワーを連続的に変化させながら成膜することによって、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０における鉄濃度勾配を有する強磁性層を得ることができる。
第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合、強磁性層の規則性は、成膜の熱処理により調整できる。成膜後の強磁性層を相対的に高温で熱処理すると、規則性が高い強磁性層が得られ、成膜後の強磁性層を相対的に低温で熱処理すると、規則性が低い強磁性層が得られる。規則性と熱処理の温度の関係は、強磁性層の材料や厚さによって異なるため、熱処理温度は一律に定めることはできないが、規則性が高い強磁性層を得るためには、熱処理温度を４００℃以上７００℃以下の範囲内とすることが好ましい。
本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子１０１は、例えば、磁気抵抗効果素子１０１の膜面直方向に電流を流すことによって、磁気抵抗効果を発現させるＣＰＰ−ＧＭＲ（素子面直通電型巨大磁気抵抗素子）として利用することができる。
以上のような構成とされた本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１は、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０を、上記の一般式（１）〜（５）のいずれかで表される特定のホイスラー合金を用いて形成しているので、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０において高いスピン分極率を確保することができ、また比較的高い抵抗率を有する。このため、磁気抵抗効果素子１０１は、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面抵抗）がより大きくなる。このため、磁気抵抗効果素子１０１をＣＰＰ−ＧＭＲ素子（面直通電型巨大磁気抵抗素子）として利用することによって、作動時の電流密度を低減させることができる。
また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１において、次の作用効果を得ることができる。なお、次の作用効果は、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０の材料が化学量論組成のホイスラー合金である磁気抵抗効果素子の場合でも得ることができる。
また、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合において、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層のＦｅ濃度を、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層よりも高くすることによって、非磁性層５０との界面付近の磁化が安定する。この結果、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比が向上する。特に、第１強磁性層３０の非磁性層５０と接する強磁性層のＦｅ濃度を、基板１０側の強磁性層よりも高くすることによって、この効果がより得られやすくなる。
また、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合において、二層以上の強磁性層がそれぞれＧｅを含むときは、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層のＧｅ濃度を、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層よりも低くすることによって、非磁性層５０との界面付近の磁化が安定する。この結果、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比が向上する。特に、第１強磁性層３０の非磁性層５０と接する強磁性層のＧｅ濃度を、基板１０側の強磁性層よりも低くすることによって、この効果がより得られやすくなる。
また、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合において、二層以上の強磁性層がそれぞれＧａを含むときは、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層のＧａ濃度を、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層よりも高くすることによって、非磁性層５０との界面抵抗を大きくすることができる。この結果、ＲＡが大きくなり、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比が向上する。特に、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の両方の非磁性層５０と接する強磁性層のＧａ濃度を、高くすることによって、この効果がより得られやすくなる。
また、第１強磁性層３０及び／又は第２強磁性層７０が積層体の場合において、二層以上の強磁性層のうちの非磁性層５０と接する強磁性層の規則度を、非磁性層５０側とは反対側の強磁性層よりも高くすることによって、非磁性層５０との界面付近のスピン分極率を大きくすることができる。この結果、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比が向上する。特に、第２強磁性層７０の非磁性層５０と接する強磁性層の規則度を、キャップ層８０側の強磁性層よりも高くすることによって、この効果がより得られやすくなる。
また、第１ＮｉＡｌ層４０又は第２ＮｉＡｌ層６０が、ＮｉをＡｌよりも多く含むことによって、非磁性層５０との界面抵抗を上げることができる。一方、第１ＮｉＡｌ層４０又は第２ＮｉＡｌ層６０が、ＡｌをＮｉよりも多く含むことによって、第１ＮｉＡｌ層４０又は第２ＮｉＡｌ層６０の抵抗率が下げられ、ＧＭＲ構造の磁気抵抗効果素子１０１の寄生抵抗を下げることができる。
さらに、第１ＮｉＡｌ層４０及び第２ＮｉＡｌ層６０のうちの一方が、ＮｉをＡｌよりも多く含み、他方がＡｌをＮｉよりも多く含むことによって、非磁性層５０との界面抵抗を上げることができ、且つ第１ＮｉＡｌ層４０又は第２ＮｉＡｌ層６０の抵抗率が下げられ、ＧＭＲ構造の磁気抵抗効果素子１０１の寄生抵抗をより確実に下げることができる。特に、第１ＮｉＡｌ層４０がＡｌをＮｉよりも多く含んでいて、第２ＮｉＡｌ層６０がＮｉをＡｌよりも多く含んでいることによって、この効果がより得られやすくなる。
また、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０のうちの少なくとも一方は、非磁性層５０側とは反対側にＮｉを含む層（挿入層）を備えることによって、下地層２０と第１強磁性層３０、又は第２強磁性層７０とキャップ層８０の原子相互拡散を抑制することができる。
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。磁気抵抗効果素子１０２は、第１ＮｉＡｌ層４０と第２ＮｉＡｌ層６０とを有しない点において、図１に示す磁気抵抗効果素子１０１と異なる。このため、図３においては、図１と同じ構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態の磁気抵抗効果素子１０２は、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０を特定のホイスラー合金を用いて形成しているので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１ＮｉＡｌ層と第２ＮｉＡｌ層とを有せず、第１強磁性層３０と非磁性層５０と第２強磁性層７０とが直接接触する。これにより、磁気抵抗効果を発現する層が、第１強磁性層３０、第２強磁性層７０、非磁性層５０の３層となり、磁気抵抗効果素子の厚みを薄くすることができる。これにより、高記録密度に適した厚みの薄い磁気抵抗効果素子とすることができる。また、第１ＮｉＡｌ層４０と第２ＮｉＡｌ層６０とを形成する工程を必要としないため、製造工程を簡素化できる。
［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の断面図である。磁気抵抗効果素子１０３は、下地層２０が第４下地層２４を有する点において、図１に示す磁気抵抗効果素子１０１と異なる。このため、図４においては、図１と同じ構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
第４下地層２４は、第３下地層２３と第１強磁性層３０との間に配置されている。第４下地層２４は、下地層２０の上に積層される第１強磁性層３０の結晶性を高めるシード層として機能する。第４下地層２４の材料としては、例えば、ＣｏとＦｅとを含む合金を用いることができる。第１強磁性層３０を構成するホイスラー合金は、積層界面付近で磁化の安定性が低いことが報告されている。一方、ＣｏとＦｅとを含む合金は、磁化の安定性が高く、第１強磁性層３０を構成するホイスラー合金との格子整合性も高い。第４下地層２４にＣｏとＦｅとを含む合金を用いた磁気抵抗効果素子１０３は、第１強磁性層３０を構成するホイスラー合金の磁化がより安定するため、室温においてもＭＲ比が向上する。ＣｏとＦｅとを含む合金は、例えば、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂである。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。
例えば、各実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１、１０２、１０３では、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の両者を、特定のホイスラー合金を用いて形成しているが、本発明はこれに限定されるものではない。第１強磁性層３０と第２強磁性層７０とのうち少なくとも一方が特定のホイスラー合金を用いて形成してあればよい。この場合、他方の第１強磁性層３０又は第２強磁性層７０を形成する強磁性材料は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群より選ばれる金属、これらの金属を一以上の含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ及びＮのうち少なくとも一種の元素とが含まれる合金を含む。これらの強磁性材料の中では、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂが好ましい。
また、各実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１、１０２、１０３では、非磁性層５０が非磁性の金属からなる層としているが、本発明はこれに限定されるものではない。非磁性層５０の材料として、絶縁体あるいは半導体を用いてもよい。
さらに、各実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１、１０２、１０３の使用形態はＣＰＰ−ＧＭＲ素子（面直通電型巨大磁気抵抗素子）に限定させるものではない。磁気抵抗効果素子１０１、１０２、１０３は、例えば、磁気抵抗効果素子１０１の積層面方向に電流を流すことによって、磁気抵抗効果を発現させるＣＩＰ−ＧＭＲ素子（面内通電型巨大磁気抵抗素子）として利用することができる。各実施形態に係る磁気抵抗効果素子１０１、１０２、１０３は、例えば、磁気ヘッド、磁気センサ、磁気メモリ、高周波フィルタなどに適用できる。
次に、本実施形態にかかる磁気抵抗効果素子の適用例について説明する。なお、以下の適用例では、磁気抵抗効果素子として、第１実施形態の磁気抵抗効果素子１０１を用いているが、磁気抵抗効果素子はこれに限定されるものではなく、例えば、第２実施形態の磁気抵抗効果素子１０２及び第３実施形態の磁気抵抗効果素子１０３を用いても同様な効果が得られる。
図５は、適用例１にかかる磁気記録装置の断面図である。図５は、磁気抵抗効果素子の各層の積層方向に沿って磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面図である。
図５に示すように、磁気記録装置２０１は、磁気ヘッド２１０と磁気記録媒体Ｗとを有する。なお、図５において、磁気記録媒体Ｗが延在する一方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向として、ＸＹ面が磁気記録媒体Ｗの主面に平行になるようにとる。また磁気記録媒体Ｗと磁気ヘッド２１０とを結ぶ方向であって、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
磁気ヘッド２１０は、エアベアリング面（Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｓｕｒｆａｃｅ：媒体対向面）Ｓが磁気記録媒体Ｗの表面と対向していて、磁気記録媒体Ｗから一定の距離で離れた位置にて、磁気記録媒体Ｗの表面に沿って、矢印＋Ｘと矢印−Ｘの方向に飛行可能とされている。磁気ヘッド２１０は、磁気センサとして作用する磁気抵抗効果素子１０１と、磁気記録部（不図示）とを有する。磁気抵抗効果素子１０１の第１強磁性層３０と第２強磁性層７０は抵抗測定器２２０が接続されている。
磁気記録部は、磁気記録媒体Ｗの記録層Ｗ１に磁場を印加し、記録層Ｗ１の磁化の向きを決定する。すなわち、磁気記録部は、磁気記録媒体Ｗの磁気記録を行う。磁気抵抗効果素子１０１は、磁気記録部よって書き込まれた記録層Ｗ１の磁化の情報を読み取る。
磁気記録媒体Ｗは、記録層Ｗ１と裏打ち層Ｗ２とを有する。記録層Ｗ１は磁気記録を行う部分であり、裏打ち層Ｗ２は書込み用の磁束を再び磁気ヘッド２１０に還流させる磁路（磁束の通路）である。記録層Ｗ１は、磁気情報を磁化の向きとして記録している。
磁気抵抗効果素子１０１の第２強磁性層７０は、磁化自由層である。このため、エアベアリング面Ｓに露出した第２強磁性層７０は、対向する磁気記録媒体Ｗの記録層Ｗ１に記録された磁化の影響を受ける。例えば、図５においては、記録層Ｗ１の＋ｚ方向に向いた磁化の影響を受けて、第２強磁性層７０の磁化の向きが＋ｚ方向を向く。この場合、磁化固定層である第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが平行となる。
ここで、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが平行の場合の抵抗と、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが反平行の場合の抵抗とは異なる。よって、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の抵抗を、抵抗測定器２２０によって測定することによって、記録層Ｗ１の磁化の情報を抵抗値変化として読み出すことができる。
なお、磁気ヘッド２１０の磁気抵抗効果素子１０１の形状は特に制限はない。例えば、磁気抵抗効果素子１０１の第１強磁性層３０に対する磁気記録媒体Ｗの漏れ磁場の影響を避けるために、第１強磁性層３０を磁気記録媒体Ｗから離れた位置に設置してもよい。
図６は、適用例２にかかる磁気記録素子の断面図である。図６は、磁気抵抗効果素子の各層の積層方向に沿って磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面図である。
図６に示すように、磁気記録素子２０２は、磁気抵抗効果素子１０１と、磁気抵抗効果素子１０１の第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０に接続する電源２３０と測定部２４０とを有する。下地層２０の第３下地層２３が導電性を有する場合は、第１強磁性層３０の代わりに第３下地層２３に電源２３０と測定部２４０を接続してもよい。また、キャップ層８０が導電性を有する場合は、第２強磁性層７０の代わりにキャップ層８０に電源２３０と測定部２４０を接続してもよい。電源２３０は、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向に電位差を与える。測定部２４０は、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向の抵抗値を測定する。
電源２３０により第１強磁性層３０と第２強磁性層７０との間に電位差が生じると、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向に電流が流れる。電流は、第１強磁性層３０を通過する際にスピン偏極し、スピン偏極電流となる。スピン偏極電流は、非磁性層５０を介して、第２強磁性層７０に至る。第２強磁性層７０の磁化は、スピン偏極電流によるスピントランスファートルク（ＳＴＴ）を受けて磁化反転する。第１強磁性層３０の磁化の向きと第２強磁性層７０の磁化の向きとの相対角が変化することで、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向の抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子１０１の積層方向の抵抗値は、測定部２４０で読み出される。すなわち、図６に示す磁気記録素子２０２は、スピントランスファートルク（ＳＴＴ）型の磁気記録素子である。
図７は、適用例３にかかる磁気記録素子の断面図である。図７は、磁気抵抗効果素子の各層の積層方向に沿って磁気抵抗効果素子１０１を切断した断面図である。
図７に示すように、磁気記録素子２０３は、磁気抵抗効果素子１０１と、磁気抵抗効果素子１０１の第３下地層２３の両端に接続する電源２３０と第３下地層２３及び第２強磁性層７０に接続する測定部２４０とを有する。第３下地層２３は、電流が流れる際のスピンホール効果によってスピン流を発生させる機能を有する金属、合金、金属間化合物、金属硼化物、金属炭化物、金属珪化物、金属燐化物のいずれかを含む層とされている。第３下地層２３は、例えば、最外殻にｄ電子又はｆ電子を有する原子番号３９以上の原子番号を有する非磁性金属を含む層とされている。また、キャップ層８０が導電性を有する場合は、第２強磁性層７０の代わりにキャップ層８０に測定部２４０を接続してもよい。電源２３０は、第３下地層２３の第１端と第２端に接続されている。電源２３０は、第３下地層２３の一方の端部（第一端）と、第一端と反対側の端部（第２端）との間の面内方向に電位差を与える。測定部２４０は、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向の抵抗値を測定する。図７に示す磁気抵抗効果素子１０１では、第１強磁性層３０を磁化自由層、第２強磁性層７０を磁化固定層としている。
電源２３０により第３下地層２３の第１端と第２端との間に電位差を生み出すと、第３下地層２３に沿って電流が流れる。第３下地層２３に沿って電流が流れると、スピン軌道相互作用によりスピンホール効果が生じる。スピンホール効果は、移動するスピンが電流の流れ方向と直交する方向に曲げられる現象である。スピンホール効果は、第３下地層２３内にスピンの偏在を生み出し、第３下地層２３の厚み方向にスピン流を誘起する。スピンは、スピン流によって第３下地層２３から第１強磁性層３０に注入される。
第１強磁性層３０に注入されたスピンは、第１強磁性層３０の磁化にスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を与える。第１強磁性層３０は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）を受けて、磁化反転する。第１強磁性層３０の磁化の向きと第２強磁性層７０の磁化の向きとが変化することで、磁気抵抗効果素子１０１の積層方向の抵抗値が変化する。磁気抵抗効果素子１０１の積層方向の抵抗値は、測定部２４０で読み出される。すなわち、図７に示す磁気記録素子２０３は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）型の磁気記録素子である。
以上、本実施形態の磁気抵抗効果素子について説明したが、上記の一般式（１）で表される本実施形態にかかるホイスラー合金の用途は磁気抵抗効果素子に限定されない。本実施形態のホイスラー合金は、例えば、スピン流磁化回転素子の強磁性層、磁壁移動素子の磁壁を有する磁性層の材料としても適用することができる。
［スピン流磁化回転素子］
図８は、適用例４にかかるスピン流磁化回転素子の断面図である。
スピン流磁化回転素子３００は、図７に示す磁気記録素子２０３から第１ＮｉＡｌ層４０、非磁性層５０、第２ＮｉＡｌ層６０、第２強磁性層７０及びキャップ層８０を除いたものである。スピン流磁化回転素子３００において、第１強磁性層３０は、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金である。
電源２３０により第３下地層２３の第１端と第２端との間に電位差を生み出すと、第３下地層２３に沿って電流が流れる。第３下地層２３に沿って電流が流れると、スピン軌道相互作用によりスピンホール効果が生じる。第３下地層２３から注入されるスピンは、第１強磁性層３０の磁化にスピン軌道トルク（ＳＯＴ）を与える。第１強磁性層３０の磁化は、スピン軌道トルク（ＳＯＴ）によって磁化方向が変化する。
第１強磁性層３０の磁化の向きが変化すると、磁気カー効果によって反射光の偏向が変化する。また第１強磁性層３０の磁化の向きが変化すると、磁気ファラデー効果によって透過光の偏向が変化する。スピン流磁化回転素子３００は、磁気カー効果又は磁気ファラデー効果を利用した光学素子として用いることができる。
［磁壁移動素子（磁壁移動型磁気記録素子）］
図９は、適用例５にかかる磁壁移動素子（磁壁移動型磁気記録素子）の断面図である。磁壁移動型磁気記録素子４００は、第１強磁性層４０１と第２強磁性層４０２と非磁性層４０３と第１磁化固定層４０４と第２磁化固定層４０５とを有する。なお、図９において、第１強磁性層４０１が延びる方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
非磁性層４０３は、Ｚ方向に第１強磁性層４０１と第２強磁性層４０２とに挟まれる。第１磁化固定層４０４及び第２磁化固定層４０５は、Ｘ方向に第２強磁性層４０２及び非磁性層４０３を挟む位置で、第１強磁性層４０１に接続されている。
第１強磁性層４０１は、内部の磁気的な状態の変化により情報を磁気記録可能な層である。第１強磁性層４０１は、内部に第１磁区４０１Ａと第２磁区４０１Ｂとを有する。第１強磁性層４０１のうち第１磁化固定層４０４又は第２磁化固定層４０５とＺ方向に重なる位置の磁化は、一方向に固定される。第１磁化固定層４０４とＺ方向に重なる位置の磁化は例えば＋Ｚ方向に固定され、第２磁化固定層４０５とＺ方向に重なる位置の磁化は例えば−Ｚ方向に固定される。その結果、第１磁区４０１Ａと第２磁区４０１Ｂとの境界に磁壁ＤＷが形成される。第１強磁性層４０１は、磁壁ＤＷを内部に有することができる。図９に示す第１強磁性層４０１は、第１磁区４０１Ａの磁化Ｍ４０１Ａが＋Ｚ方向に配向し、第２磁区４０１Ｂの磁化Ｍ４０１Ｂが−Ｚ方向に配向している。
磁壁移動型磁気記録素子４００は、第１強磁性層４０１の磁壁ＤＷの位置によって、データを多値又は連続的に記録できる。第１強磁性層４０１に記録されたデータは、読み出し電流を印加した際に、磁壁移動型磁気記録素子４００の抵抗値変化として読み出される。
第１強磁性層４０１における第１磁区４０１Ａと第２磁区４０１Ｂとの比率は、磁壁ＤＷが移動すると変化する。第２強磁性層４０２の磁化Ｍ４０２は、例えば、第１磁区４０１Ａの磁化Ｍ４０１Ａと同じ方向（平行）であり、第２磁区４０１Ｂの磁化Ｍ４０１Ｂと反対方向（反平行）である。磁壁ＤＷが＋Ｘ方向に移動し、ｚ方向からの平面視で第２強磁性層４０２と重畳する部分における第１磁区４０１Ａの面積が広くなると、磁壁移動型磁気記録素子４００の抵抗値は低くなる。反対に、磁壁ＤＷが−Ｘ方向に移動し、Ｚ方向からの平面視で第２強磁性層４０２と重畳する部分における第２磁区４０１Ｂの面積が広くなると、磁壁移動型磁気記録素子４００の抵抗値は高くなる。
磁壁ＤＷは、第１強磁性層４０１のＸ方向に書込み電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。例えば、第１強磁性層４０１の＋Ｘ方向に書込み電流（例えば、電流パルス）を印加すると、電子は電流と逆の−Ｘ方向に流れるため、磁壁ＤＷは−Ｘ方向に移動する。第１磁区４０１Ａから第２磁区４０１Ｂに向って電流が流れる場合、第２磁区４０１Ｂでスピン偏極した電子は、第１磁区４０１Ａの磁化Ｍ４０１Ａを磁化反転させる。第１磁区４０１Ａの磁化Ｍ４０１Ａが磁化反転することで、磁壁ＤＷが−Ｘ方向に移動する。
磁壁移動型磁気記録素子４００は、ＭＲ比が大きく、かつ、ＲＡの大きいことが好ましい。磁壁移動型磁気記録素子４００のＭＲ比が大きいと、磁壁移動型磁気記録素子４００の抵抗値の最大値と最小値の差が大きくなり、データの信頼性が高まる。また磁壁移動型磁気記録素子４００のＲＡが大きいと、磁壁ＤＷの移動速度が遅くなり、データをよりアナログに記録できる。
第１強磁性層４０１の材料としては、例えば、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金が用いられる。上述のように、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を用いた磁気抵抗効果素子は、ＭＲ比が大きく、かつ、ＲＡが大きい。第１強磁性層４０１の材料として、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を用いることで、磁壁移動型磁気記録素子４００のＭＲ比及びＲＡを大きくすることができる。
第２強磁性層４０２は、例えば、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｆｅ及びＮｉからなる群から選択される金属、これらの金属を１種以上含む合金、これらの金属とＢ、Ｃ、及びＮの少なくとも１種以上の元素とが含まれる合金等を用いることができる。具体的には、Ｃｏ−Ｆｅ、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｉ−Ｆｅが挙げられる。第２強磁性層４０２の材料として、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を用いてもよい。
非磁性層４０３は、上記の非磁性層５０と同様の材料を用いることができる。第１磁化固定層４０４及び第２磁化固定層４０５は、第２強磁性層４０２と同様の材料を用いることができる。第１磁化固定層４０４及び第２磁化固定層４０５はＳＡＦ構造でもよい。
［磁壁移動素子（磁性細線装置）］
図１０は、適用例６にかかる磁壁移動素子（磁性細線装置）の断面図である。
磁性細線装置５００は、図１０に示すように、磁気記録媒体５１０と、磁気記録ヘッド５２０と、パルス電源５３０とを備える。磁気記録ヘッド５２０は、磁気記録媒体５１０上の所定の位置に設けられる。パルス電源５３０は、磁気記録媒体５１０の面内方向にパルス電流を印加できるように、磁気記録媒体５１０に接続される。なお、図１０において、磁気記録媒体５１０が延びる一方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
磁気記録媒体５１０は、磁性細線５１１と下地層５１２と基板５１３とを有する。下地層５１２は基板５１３上に積層され、磁性細線５１１は下地層５１２上に積層される。磁性細線５１１は、Ｘ方向の長さがＹ方向の幅より長い細線状である。
磁性細線５１１は、長手方向の一部に他の部分とは磁化方向の異なる磁区を形成可能な磁性材料から形成されている。磁性細線５１１は、例えば、第１磁区５１１Ａと第２磁区５１１Ｂとを有する。第２磁区５１１Ｂの磁化Ｍ５１１Ｂは、第１磁区５１１Ａの磁化Ｍ５１１Ａと異なる方向に配向する。第１磁区５１１Ａと第２磁区５１１Ｂとの間に、磁壁ＤＷが形成される。第２磁区５１１Ｂは、磁気記録ヘッド５２０により生成される。
磁性細線装置５００は、パルス電源５３０から供給されるパルス電流によって磁性細線５１１の磁壁ＤＷを断続的にシフト移動させながら、磁気記録ヘッド５２０が発生する磁界あるいはスピン注入磁化反転を用いて、磁性細線５１１の第２磁区５１１Ｂの位置を変化させることで、データの書込みを行う。磁性細線装置５００に書き込まれたデータは、磁気抵抗変化又は磁気光学変化を利用して読み出すことができる。磁気抵抗変化を用いる場合は、磁性細線５１１と対向する位置に非磁性層を挟んで強磁性層を設ける。磁気抵抗変化は、強磁性層の磁化と磁性細線５１１の磁化との相対角の違いに伴い生じる。
磁性細線５１１の材料としては、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金が用いられる。これによって、磁性細線装置５００のＲＡを大きくすることができる。
下地層５１２の材料としては、その少なくとも一部に酸化物絶縁体であるフェライト、より具体的にはソフトフェライトを用いることが好ましい。ソフトフェライトとしては、Ｍｎ−Ｚｎフェライト、Ｎｉ−Ｚｎフェライト、Ｍｎ−Ｎｉフェライト、Ｎｉ−Ｚｎ−Ｃｏフェライトを用いることができる。ソフトフェライトは、透磁率が高いため、磁気記録ヘッド５２０によって発生した磁界の磁束が集中するので、第２磁区５１１Ｂを効率よく形成させることができる。基板５１３は、上述の基板１０と同様の材料を用いることができる。
［磁壁移動素子（磁壁移動型空間光変調器）］
図１１は、適用例７にかかる磁壁移動素子（磁壁移動型空間光変調器）の斜視図である。
磁壁移動型空間光変調器６００は、図１１に示すように、第１磁化固定層６１０と第２磁化固定層６２０と光変調層６３０とを有する。なお、図１１において、光変調層６３０が延びる一方向をＸ方向とし、Ｘ方向と垂直な方向をＹ方向とし、ＸＹ平面に対して垂直な方向をＺ方向とする。
第１磁化固定層６１０の磁化Ｍ６１０と第２磁化固定層６２０の磁化Ｍ６２０とは、異なる方向に配向している。例えば、１磁化固定層６１０の磁化Ｍ６１０は＋Ｚ方向に配向し、第２磁化固定層６２０の磁化Ｍ６２０は−Ｚ方向に配向する。
光変調層６３０は、重畳領域６３１、６３６、初期磁区領域６３２、６３５、磁区変化領域６３３、６３４に区分できる。
重畳領域６３１は第１磁化固定層６１０とＺ方向に重なる領域であり、重畳領域６３６は第２磁化固定層６２０とＺ方向に重なる領域である。重畳領域６３１の磁化Ｍ６３１は、第１磁化固定層６１０からの漏れ磁場の影響を受けて、例えば＋Ｚ方向に固定される。重畳領域６３６の磁化Ｍ６３６は、第２磁化固定層６２０からの漏れ磁場の影響を受けて、例えば−Ｚ方向に固定される。
初期磁区領域６３２、６３５は、第１磁化固定層６１０又は第２磁化固定層６２０からの漏れ磁場の影響を受け、重畳領域６３１、６３６と異なる方向に磁化が固定される領域である。初期磁区領域６３２の磁化Ｍ６３２は、第１磁化固定層６１０からの漏れ磁場の影響を受けて、例えば−Ｚ方向に固定される。初期磁区領域６３５の磁化Ｍ６３５は、第２磁化固定層６２０からの漏れ磁場の影響を受けて、例えば＋Ｚ方向に固定される。
磁区変化領域６３３、６３４は、磁壁ＤＷが移動できる領域である。磁区変化領域６３３の磁化Ｍ６３３と磁区変化領域６３４の磁化Ｍ６３４は、磁壁ＤＷを挟んで反対方向に配向する。磁区変化領域６３３の磁化Ｍ６３３は、初期磁区領域６３２の影響を受けて、例えば−Ｚ方向に配向する。磁区変化領域６３４の磁化Ｍ６３４は、初期磁区領域６３５の漏れ磁場の影響を受けて、例えば＋Ｚ方向に固定される。磁区変化領域６３３と磁区変化領域６３４との境界が磁壁ＤＷとなる。磁壁ＤＷは、光変調層６３０のＸ方向に書込み電流を流す、又は、外部磁場を印加することによって移動する。
磁壁移動型空間光変調器６００は、磁壁ＤＷを断続的に移動させながら、磁壁ＤＷの位置を変化させる。そして、光変調層６３０に対して光Ｌ１を入射し、光変調層６３０で反射した光Ｌ２を評価する。磁化の配向方向が異なる部分で反射した光Ｌ２の偏向状態は異なる。磁壁移動型空間光変調器６００は、光Ｌ２の偏向状態の違いを利用した映像表示装置として用いることができる。
光変調層６３０の材料としては、上記の一般式（１）で表されるホイスラー合金が用いられる。これによって、磁壁移動型空間光変調器６００のＲＡを大きくすることができ、磁壁ＤＷの移動速度を遅くすることができる。その結果、より磁壁ＤＷの位置を精密に制御でき、より高精細な映像表示が可能となる。
第１磁化固定層６１０及び第２磁化固定層６２０は、上述の第１磁化固定層４０４及び第２磁化固定層４０５と同様の材料を用いることができる。
（実施例１）
図１に示す磁気抵抗効果素子１０１を下記のようにして作製した。各層の構成は、以下のとおりとした。
基板１０：ＭｇＯ単結晶基板、厚み０．５ｍｍ
下地層２０：
第１下地層２１：ＭｇＯ層、厚み１０ｎｍ
第２下地層２２：ＣｏＦｅ層、厚み１０ｎｍ
第３下地層２３：Ａｇ層、厚み１００ｎｍ
第１強磁性層３０：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み１０ｎｍ 第１ＮｉＡｌ層４０：厚み０．２１ｎｍ
非磁性層５０：Ａｇ層、厚み５ｎｍ
第２ＮｉＡｌ層６０：厚み０．２１ｎｍ
第２強磁性層７０：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み８ｎｍ
キャップ層８０：Ｒｕ層、厚み５ｎｍ
第１下地層２１（ＭｇＯ層）は、基板１０を６００℃に加熱し、電子ビーム蒸着法により成膜した。第１下地層２１を成膜した基板を、６００℃で１５分間保持した後、室温まで放冷した。次いで、第１下地層２１の上に第２下地層２２（ＣｏＦｅ層）を、スパッタリング法により成膜した。次に、第２下地層２２の上に、第３下地層２３（Ａｇ層）を、スパッタリング法により成膜して、下地層２０を成膜した。下地層２０を成膜した基板１０を３００℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
放冷後、基板１０に成膜した下地層２０の上に、第１強磁性層３０（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を成膜した。第１強磁性層３０の成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＧｅターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。
第１強磁性層３０の上に、第１ＮｉＡｌ層４０をスパッタリング法により成膜した。次に、第１ＮｉＡｌ層４０の上に、非磁性層５０（Ａｇ層）をスパッタリング法により成膜した。次いで、非磁性層５０の上に、第２ＮｉＡｌ層６０を第１ＮｉＡｌ層４０と同様に成膜した。そして、第２ＮｉＡｌ層６０の上に、第２強磁性層７０（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を第１強磁性層３０と同様に成膜した。第２強磁性層７０を成膜した基板１０を、５５０℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
放冷後、基板１０に成膜した第２強磁性層７０の上に、キャップ層８０（Ｒｕ層）を電子ビーム蒸着法により成膜した。このようして、図１に示す磁気抵抗効果素子１０１を作製した。
（実施例２、３、比較例１）
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の組成を、下記の表１に示す組成に変えたこと以外は実施例１と同様にして、磁気抵抗効果素子１０１を作製した。なお、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の組成は、Ｇｅターゲットの共スパッタリング法により調整した。
（評価）
実施例１〜３及び比較例１で作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面抵抗）をそれぞれ測定した。その結果を、下記の表１に示す。
ＭＲ比の評価は、ＥＢリソグラフィ、イオンミリング等の微細加工技術を用い、測定に適する接合部を形成した。磁気抵抗効果素子１０１の接合部に積層方向に一定電流を流した状態で、外部から磁気抵抗効果素子１０１に磁場を掃引しながら磁気抵抗効果素子１０１への印加電圧を電圧計によってモニターすることにより、磁気抵抗効果素子１０１の抵抗値変化を測定した。第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが平行の場合の抵抗値と、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが反平行の場合の抵抗値とを測定し、得られた抵抗値から下記の式より算出した。ＭＲ比の測定は、３００Ｋ（室温）で行った。
ＭＲ比（％）＝（ＲＡＰ−ＲＰ）／ＲＰ×１００
ＲＰは、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが平行の場合の抵抗値であり、ＲＡＰは、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが反平行の場合の抵抗値である。
ＲＡは、第１強磁性層３０と第２強磁性層７０の磁化の向きが平行の場合の抵抗ＲＰと、微細加工により形成した接合部の面積Ａの積により求めた。
表１の結果から、Ｆｅの含有量αとＸ成分の含有量βが本発明の範囲を満足する実施例１〜３の磁気抵抗効果素子は、Ｆｅの含有量αとＸ成分の含有量βが本発明の範囲から外れる比較例１の磁気抵抗効果素子と比較して、ＲＡ及びＭＲ比が大きな値を示すことがわかる。
（実施例４）
第１ＮｉＡｌ層４０と第２ＮｉＡｌ層６０を設けなかったこと以外は、実施例１と同様にして、図３に示す磁気抵抗効果素子１０２を作製した。
（実施例５、比較例２）
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の組成を、下記の表２に示す組成に変えたこと以外は実施例４と同様にして、磁気抵抗効果素子１０２を作製した。なお、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の組成は、Ｇｅターゲットの共スパッタリング法により調整した。
（評価）
実施例４〜５及び比較例２で作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ比とＲＡをそれぞれ上記の方法により測定した。その結果を、下記の表２に示す。
表２の結果から、第１ＮｉＡｌ層４０と第２ＮｉＡｌ層６０を有しない磁気抵抗効果素子においても、Ｆｅの含有量αとＸ成分の含有量βが本発明の範囲を満足する実施例４〜５の磁気抵抗効果素子は、Ｆｅの含有量αとＸ成分の含有量βが本発明の範囲から外れる比較例２の磁気抵抗効果素子と比較して、ＲＡ及びＭＲ比が大きな値を示すことがわかる。
（実施例６）
下地層２０に第４下地層として、ＣｏＦｅ層、厚み１０ｎｍを設けたこと、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０を、Ｃｏ２Ｆｅ１．０２Ｇａ０．４０Ｇｅ０．２２Ｍｎ０．７６層としたこと、第２強磁性層７０の厚みを５ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、図４に示す磁気抵抗効果素子１０３を作製した。
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＭｎターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。
（比較例３）
第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の組成を、下記の表３に示す組成に変えたこと以外は実施例６と同様にして、磁気抵抗効果素子１０３を作製した。なお、第１強磁性層３０及び第２強磁性層７０の組成は、Ｍｎターゲットの共スパッタリング法により調整した。
（評価）
実施例６及び比較例３で作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ比とＲＡをそれぞれ上記の方法により測定した。その結果を、下記の表３に示す。
表３の結果から、第４下地層２４を有する磁気抵抗効果素子においても、Ｆｅの含有量αとＸ成分の含有量βが本発明の範囲を満足する実施例６の磁気抵抗効果素子は、Ｆｅの含有量αとＸ成分の含有量βが本発明の範囲から外れる比較例３の磁気抵抗効果素子と比較して、ＲＡ及びＭＲ比が大きな値を示すことがわかる。
実施例１〜６及び比較例１〜３で作製した磁気抵抗効果素子のＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面抵抗）をプロットしたグラフを、図１２に示す。この図１２は、非特許文献２の図５に示されているグラフに、実施例１〜６及び比較例１〜３で作製した磁気抵抗効果素子と、非特許文献１に記載されているＣＰＰ−ＧＭＲ素子のＭＲ比とＲＡをプロットしたものである。
図１１のグラフから、実施例１〜６で得られた磁気抵抗効果素子は、比較例１〜３で得られた磁気抵抗効果素子と比較してＭＲ比とＲＡとが大きいことがわかる。特に、実施例３で得られた磁気抵抗効果素子は、臨界電流密度Ｊｃが２．５〜５．０×１０７Ａ／ｃｍ２で作動させることが可能となることがわかる。
［実施例７］
図１３に示す磁気抵抗効果素子１０４を、下記のようにして作製した。磁気抵抗効果素子１０４の各層の構成は、以下のとおりである。
基板１０：ＭｇＯ単結晶基板、厚み０．５ｍｍ
下地層２０：
第２下地層２２：Ｃｒ層、厚み１０ｎｍ
第３下地層２３：Ａｇ層、厚み１００ｎｍ
第１挿入層９１：Ｎｉ層、厚み０．２１ｎｍ
第１強磁性層３０
基板側第１強磁性層３０Ｂ：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み７ｎｍ
非磁性層側第１強磁性層３０Ａ：Ｃｏ２Ｆｅ１．１３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．７６層、厚み３ｎｍ
第１ＮｉＡｌ層４０：厚み０．２１ｎｍ
非磁性層５０：Ａｇ層、厚み５ｎｍ
第２ＮｉＡｌ層６０：厚み０．２１ｎｍ
第２強磁性層７０
非磁性層側第２強磁性層７０Ａ：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み４ｎｍ
キャップ層側第２強磁性層７０Ｂ：Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６層、厚み４ｎｍ
第２挿入層９２：Ｎｉ層、厚み０．２１ｎｍ
キャップ層８０：Ｒｕ層、厚み５ｎｍ
基板１０表面の平坦性を向上させるため、基板１０を６００℃に加熱し、３０分間保持した後、室温まで放冷した。次いで、基板１０上に第２下地層２２（Ｃｒ層）を、スパッタリング法により成膜した。次に、第２下地層２２の上に、第３下地層２３（Ａｇ層）を、スパッタリング法により成膜して、下地層２０を成膜した。下地層２０を成膜した基板１０を３００℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
放冷後、基板１０に成膜した下地層２０の上に、第１挿入層９１（Ｎｉ層）を成膜した。第１挿入層９１の成膜は、スパッタリング法により行った。
第１挿入層９１上に、基板側第１強磁性層３０Ｂ（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を７ｎｍ成膜した。基板側第１強磁性層３０Ｂの成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＧｅターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。
基板側第１強磁性層３０Ｂ上に、非磁性層側第１強磁性層３０Ａ（Ｃｏ２Ｆｅ１．１３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．７６）を３ｎｍ成膜した。非磁性層側第１強磁性層３０Ａの成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＧｅターゲット、及びＦｅターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。
基板側第１強磁性層３０Ｂと非磁性層側第１強磁性層３０Ａとを含む第１強磁性層３０を成膜した基板１０を、６００℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
第１強磁性層３０の上に、第１ＮｉＡｌ層４０をスパッタリング法により成膜した。第１ＮｉＡｌ層４０の成膜は、ターゲットとして、Ｎｉ５０Ａｌ５０合金ターゲットとＡｌターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。この時、第１ＮｉＡｌ層４０の主組成がＡｌになるようにした。
次に、第１ＮｉＡｌ層４０の上に、非磁性層５０（Ａｇ層）をスパッタリング法により成膜した。
次いで、非磁性層５０の上に、第２ＮｉＡｌ層６０をスパッタリング法により成膜した。第２ＮｉＡｌ層６０の成膜は、ターゲットとして、Ｎｉ５０Ａｌ５０合金ターゲットとＮｉターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。この時、第２ＮｉＡｌ層６０の主組成がＮｉになるようにした。
そして、第２ＮｉＡｌ層６０の上に、非磁性層側第２強磁性層７０Ａ（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を４ｎｍ成膜した。非磁性層側第２強磁性層７０Ａの成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＧｅターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。その後、非磁性層側第２強磁性層７０Ａを成膜した基板１０を、５００℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
非磁性層側第２強磁性層７０Ａ上に、キャップ層側第２強磁性層７０Ｂ（Ｃｏ２Ｆｅ１．０３Ｇａ０．４１Ｇｅ０．８６）を４ｎｍ成膜した。キャップ層側第２強磁性層７０Ｂの成膜は、ターゲットとして、Ｃｏ２Ｆｅ１Ｇａ０．５Ｇｅ０．５合金ターゲットとＧｅターゲットを用いた共スパッタリング法により行った。その後、キャップ層側第２強磁性層７０Ｂを成膜した基板１０を、４５０℃で１５分間加熱し、その後、室温まで放冷した。
放冷後、基板１０に成膜した第２強磁性層７０の上に、第２挿入層９２（Ｎｉ層）を成膜した。第２挿入層９２の成膜は、スパッタリング法により行った。最後に、第２挿入層９２（Ｎｉ層）の上に、キャップ層８０（Ｒｕ層）をスパッタリング法により成膜した。このようして、図１３に示す磁気抵抗効果素子１０４を作製した。
得られた磁気抵抗効果素子１０４を樹脂埋めし、磁気抵抗効果素子１０４を積層方向に沿って切断し、切断面を研磨した。第３下地層２３からキャップ層８０までの各層の切断面について、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いて、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌの各元素をマッピングした。各元素の分布図を図１４に示す。 図１４において、（ａ）は、磁気抵抗効果素子１０４の断面図であり、（ｂ）磁気抵抗効果素子１０４の切断面のＦｅ、Ｃｏ、Ｇａ、Ｇｅ、Ｒｕ、Ａｇの分布図であって、（ｃ）は、磁気抵抗効果素子１０４の切断面のＮｉとＡｌの分布図である。（ｂ）及び（ｃ）の分布図において、横軸は、第３下地層２３のある点を始点０とした積層方向の距離である。縦軸は原子％である。図１３の元素の分布図から、第３下地層２３からキャップ層８０に向かって、Ａｇを含む層（第３下地層２３）、Ｎｉを含む層（第１挿入層９１）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅを含む層（第１強磁性層３０）、ＡｌをＮｉよりも多く含むＮｉＡｌ層（第１ＮｉＡｌ層４０）、Ａｇを含む層（非磁性層５０）、ＮｉをＡｌよりも多く含むＮｉＡｌ層（第２ＮｉＡｌ層６０）、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｇａ、Ｇｅを含む層（第２強磁性層７０）、Ｎｉを含む層（第２挿入層９２）、Ｒｕを含む層（キャップ層８０）が成膜されていることが確認された。また、第１強磁性層３０の非磁性層側第１強磁性層３０Ａは、基板側第１強磁性層３０Ｂと比較して、Ｇｅ濃度が低く、Ｆｅ濃度が高いことが確認された。また、第１強磁性層３０の非磁性層側第１強磁性層３０Ａは非磁性層５０の近傍にてＧａ濃度が増加する傾向が見られた。また、第２強磁性層７０の非磁性層側第２強磁性層７０Ａについても、非磁性層５０の近傍にてＧａ濃度が増加する傾向が見られた。
また、樹脂埋めした磁気抵抗効果素子１０４の切断面を、ＡＤＦ−ＳＴＥＭ（環状暗視野−走査透過型電子顕微鏡）法を用いて観察し、ＣＢＥＤ（収束電子回折）法を用いて切断面の微小領域の電子線回折像を得て結晶構造を同定した。その結果を図１５Ａ及び図１１５Ｂに示す。図１５Ａは、磁気抵抗効果素子の切断面のＳＴＥＭ像であり、図１５Ｂは図１５ＡのＴＥＭ像における１〜８で示す領域の電子線回折像である。１〜４で示す領域は第１強磁性層３０内の領域であり、５で示す領域は非磁性層５０内の領域であって、６〜８で示す領域は第２強磁性層７０内の領域である。この結果、第１強磁性層３０、第２強磁性層７０はそれぞれ、Ｂ２構造由来の（００１）面からの回折スポットが確認できる。すなわち、Ｂ２構造（ＣｓＣｌ構造）を含んだ規則度を有する結晶構造であることが確認された。また、第１強磁性層３０の基板側第１強磁性層３０Ｂ及び非磁性層側第１強磁性層３０Ａはそれぞれ、Ｂ２構造由来の（００１）面からの回折スポットに加え、Ｂ２構造よりも規則度が高いＬ２１構造由来の（１１１）面からの回折スポットが確認できる。すなわち、Ｌ２１構造を含んだ規則度を有する結晶構造であることが確認された。
１０１、１０２、１０３、１０４…磁気抵抗効果素子、１０…基板、２０…下地層、２１…第１下地層、２２…第２下地層、２３…第３下地層、２４…第４下地層、３０…第１強磁性層、３０Ａ…非磁性層側第１強磁性層、３０Ｂ…基板側第１強磁性層、４０…第１ＮｉＡｌ層、５０…非磁性層、６０…第２ＮｉＡｌ層、７０…第２強磁性層、７０Ａ…非磁性層側第２強磁性層、７０Ｂ…キャップ層側第２強磁性層、８０…キャップ層、９１…第１挿入層、９２…第２挿入層、２０１…磁気記録装置、２０２、２０３…磁気記録素子、２１０…磁気ヘッド、２２０…抵抗測定器、２３０…電源、２４０…測定部、３００…スピン流磁化回転素子、４００…磁壁移動型磁気記録素子、４０１…第１強磁性層、４０２…第２強磁性層、４０３…非磁性層、４０４…第１磁化固定層、４０５…第２磁化固定層、５００…磁性細線装置、５１０…磁気記録媒体、５１１…磁性細線、５１１Ａ…第１磁区、５１１Ｂ…第２磁区、５１２…下地層、５１３…基板、５２０…磁気記録ヘッド、５３０…パルス電源、６００…磁壁移動型空間光変調器、６１０…第１磁化固定層、６２０…第２磁化固定層、６３０…光変調層、６３１、６３６…重畳領域、６３２、６３５…初期磁区領域、６３３、６３４…磁区変化領域、ＤＷ…磁壁

Claims (21)

  1. 第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、を備え、
    前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含み、
    Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
    （式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
    前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、二層以上の強磁性層を含む積層体であり、前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＦｅ濃度が高い、磁気抵抗効果素子。
  2. 前記非磁性層はＡｇを含む、請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
  3. 前記第１強磁性層と前記非磁性層との間及び前記第２強磁性層と前記非磁性層との間のそれぞれに、ＮｉＡｌ合金を含むＮｉＡｌ層が備えられている、請求項１又は２に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 前記ＮｉＡｌ層の厚みｔが、０＜ｔ≦０．６３ｎｍである、請求項３に記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 前記ＮｉＡｌ合金が、ＮｉをＡｌよりも多く含む、請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 前記ＮｉＡｌ合金が、ＡｌをＮｉよりも多く含む、請求項３又は４に記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧｅを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧｅ濃度が低い、請求項１〜６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  8. 前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧａを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧａ濃度が高い、請求項１〜７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  9. 前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりも規則度が高い、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  10. 前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、前記非磁性層側とは反対側にＮｉを含む層が備えられている、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  11. 第１強磁性層と、第２強磁性層と、前記第１強磁性層と前記第２強磁性層との間に位置する非磁性層と、を備え、
    前記第１強磁性層と前記第２強磁性層とのうち少なくとも一方は、下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含み、
    Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
    （式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
    前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、二層以上の強磁性層を含む積層体であり、前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりも規則度が高い、磁気抵抗効果素子。
  12. 前記非磁性層はＡｇを含む、請求項１１に記載の磁気抵抗効果素子。
  13. 前記第１強磁性層と前記非磁性層との間及び前記第２強磁性層と前記非磁性層との間のそれぞれに、ＮｉＡｌ合金を含むＮｉＡｌ層が備えられている、請求項１１又は１２に記載の磁気抵抗効果素子。
  14. 前記ＮｉＡｌ層の厚みｔが、０＜ｔ≦０．６３ｎｍである、請求項１３に記載の磁気抵抗効果素子。
  15. 前記ＮｉＡｌ合金が、ＮｉをＡｌよりも多く含む、請求項１３又は１４に記載の磁気抵抗効果素子。
  16. 前記ＮｉＡｌ合金が、ＡｌをＮｉよりも多く含む、請求項１３又は１４に記載の磁気抵抗効果素子。
  17. 前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧｅを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧｅ濃度が低い、請求項１１〜１６のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  18. 前記二層以上の強磁性層はそれぞれＧａを含み、かつ前記二層以上の強磁性層のうちの前記非磁性層と接する前記強磁性層は、前記非磁性層側とは反対側の前記強磁性層よりもＧａ濃度が高い、請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  19. 前記第１強磁性層及び前記第２強磁性層のうちの少なくとも一方は、前記非磁性層側とは反対側にＮｉを含む層が備えられている、請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  20. 下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含む強磁性層を、二層以上有する積層体であって、
    Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
    （式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
    前記二層以上の強磁性層のうちの一方の前記強磁性層は、他方の前記強磁性層よりもＦｅ濃度が高い、強磁性層積層体。
  21. 下記の一般式（１）で表されるホイスラー合金を含む強磁性層を、二層以上有する積層体であって、
    Ｃｏ２ＦｅαＸβ ・・・（１）
    （式（１）中、Ｘは、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる一以上の元素を表し、α及びβは、２．３≦α＋β、α＜β＜２×α、且つ０．５＜α＜１．９を満足する数を表す。）
    前記二層以上の強磁性層のうちの一方の前記強磁性層は、他方の前記強磁性層よりも規則度が高い、強磁性層積層体。
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