WO2014091874A1

WO2014091874A1 - 磁性材料とその製造方法

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Publication number: WO2014091874A1
Application number: PCT/JP2013/080963
Authority: WO
Inventors: 俊輔深見; 佐藤　英夫; 路彦山ノ内; 正二池田; 大野　英男
Original assignee: 日本電気株式会社; 国立大学法人東北大学
Priority date: 2012-12-14
Filing date: 2013-11-11
Publication date: 2014-06-19
Also published as: JP6304600B2; JPWO2014091874A1; US20150332818A1; US10706996B2

Abstract

　本発明に係る磁性材料は、積層方向の少なくとも一部分において第１磁性層１と第２磁性層２が実質上１原子層ごとに交互に積層された構造を含む。前記第１磁性層はCoを主成分とし、前記第２磁性層は少なくともNiを含む。磁性材料は、積層方向に磁気異方性を有する。前記第１磁性層及び前記第２磁性層の膜面内における原子配列が実質上６回対称性を有することが望ましい。

Description

磁性材料とその製造方法

　本発明は磁性材料とその製造方法に関する。

　磁性材料はハード磁性材料とソフト磁性材料に大別される。このうちハード磁性材料は永久磁石やデジタル機器などに使われている。
　ハード磁性材料の物理的な特徴としては磁気異方性エネルギーが大きいことが挙げられる。代表的なハード磁性材料としては、Ｎｄ−Ｆｅ−Ｂ、Ｎｄ−Ｄｙ−Ｆｅ−Ｂ、Ｓｍ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｐｔ、Ｆｅ−Ｐｄ、Ｃｏ−Ｐｔ、Ｔｂ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｇｄ−Ｆｅ−Ｃｏ、Ｃｏ−Ｃｒ−Ｐｔ（以上、合金材料）、Ｃｏ／Ｐｔ、Ｃｏ／Ｐｄ、Ｆｅ／Ａｕ（以上、ナノ積層材料）などが挙げられる。
　永久磁石の応用の代表例としてはモーターが挙げられる。モーターには様々な形態がある。例えば、磁場の極性が時間的に変化する空間中で回転するローターに、ハード磁性材料で構成される永久磁石が用いられる。
　ハード磁性材料を用いるデジタル機器の代表例としてはハードディスクドライブが挙げられる。ハードディスクドライブは、磁性体の磁化方向により情報を記憶するメディアと、メディアへの情報記録及びメディアからの情報読み出しを担うヘッドからなる。メディアでは記録した情報を保持し続けるために、ハード磁性材料が用いられる。また、近年、磁性材料を用いたデジタル機器としてはハードディスクドライブのみならず、磁気ランダムアクセスメモリの研究も盛んとなっており、一部では実用化も開始されている。
　なお、ハードディスクドライブのメディアや、磁気ランダムアクセスメモリの記憶素子においても、近年、開発の対象は基板面内に磁化容易軸を有する面内磁気異方性材料から基板垂直方向が磁化容易軸となる垂直磁気異方性材料にシフトしている。これは垂直磁気異方性材料の方が総じて高性能化が可能となるためである。
　以下、磁気ランダムアクセスメモリに関してより詳細にその構造を説明する。磁気ランダムアクセスメモリは、一般的には磁性層／非磁性層／磁性層が積層された磁気トンネル接合を有する。ここで、２つの磁性層のうちの一方の磁性層は磁化方向が可変であり、磁場または電流が印加された場合に磁化方向が変化する。もう一方の磁性層の磁化方向は永久に不変である。後者の磁性層はもちろんのこと、前者の磁性層も情報を安定して保持するためには磁気異方性の比較的大きなハード磁性材料を用いる必要がある。なお、実用上、上記磁気トンネル接合は、反応性イオンエッチング（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉｏｎ　Ｅｔｃｈｉｎｇ）法でパターニングできることが微細化、大容量化、低コスト化などの観点から望ましい。

Ｇ．Ｈ．Ｏ．Ｄａａｌｄｅｒｏｐ，Ｐ．Ｊ．Ｋｅｌｌｙ，ａｎｄ　Ｆ．Ｊ．Ａ．ｄｅｎ　Ｂｒｏｅｄｅｒ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．６８，ｎｏ．５，ｐ．６８２（１９９２）．Ｓ．Ｉｗａｔａ，Ｓ．Ｙａｍａｓｈｉｔａ，ａｎｄ　Ｓ．Ｔｓｕｎａｓｈｉｍａ：ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，ｖｏｌ．３３，ｎｏ．５，ｐ．３６７０（１９９７）．Ｋ．Ｙａｋｕｓｈｉｊｉ，Ｔ．Ｓａｒｕｙａ，Ｈ．Ｋｕｂｏｔａ，Ａ．Ｆｕｋｕｓｈｉｍａ，Ｔ．Ｎａｇａｈａｍａ，Ｓ．Ｙｕａｓａ，ａｎｄ　Ｋ．Ａｎｄｏ：Ａｐｐｌｉｅｄ　Ｐｈｙｓｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ，ｖｏｌ．９７，ｐ．２３２５０８（２０１０）．

　本発明の第１の課題として上述のようなハード磁性材料を用いた磁性デバイスの製造容易性の向上が挙げられる。ここでいう製造容易性とは、合成が容易であり、加工が容易であり、かつ材料特性の維持が容易であることを指す。
　例えば、上述のＦｅ−Ｐｔ合金、Ｆｅ−Ｐｄ合金、Ｃｏ−Ｐｔ合金、Ｓｍ−Ｃｏ合金などを用いたハード磁性材料は、大きな垂直磁気異方性を得るためには高い基板温度や熱処理温度が必要となる。しかし、ハード磁性材料を用いた磁性デバイスは、他のデバイスと共に基板上に混載されるのが普通である。この場合、磁性デバイスと共に混載される他のデバイスや基板の耐熱性には上限があり、この点で高いプロセス温度は磁性デバイス実用化の障害となる。このような観点からハード磁性材料は、比較的低い温度環境下のプロセス（例えば３００℃以下）において形成が可能であることが好ましい。
　またＰｔ、Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属を用いたハード磁性材料は、一般に化学反応性に乏しいために反応性イオンエッチング法で加工する際に素子側壁への再付着が起き、電気特性不良の原因となり得るほか、プロセス装置の内壁などへの付着による装置コンディションの悪化やパーティクル発生の原因となり得る。このような観点から、ハード磁性材料は、化学反応性がほどほどに高く反応性イオンエッチング法により容易にパターニングできることが求められる。
　また、例えばＴｂ−Ｆｅ−ＣｏやＧｄ−Ｆｅ−Ｃｏのようなハード磁性材料は、水分等の混入により容易に腐食してしまうほか、３００℃程度の加熱によっても本来のアモルファス構造から結晶化が進んでしまい、特性が変化してしまう。このような観点から、ハード磁性材料は、実用上は、耐腐食性や耐熱性が十分に高く、材料特性の維持が容易であることが求められる。
　本発明の第２の課題として、原料コストの抑制や原料供給の持続性が挙げられる。まず、Ｐｔ、Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属は高価である。また、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｓｍ、Ｔｂ、Ｇｄなどの希土類金属は、精製が難しいことからやはり流通価格が貴金属並みに高価である。また、貴金属も希土類金属も地球上での埋蔵量が少なく、長期間にわたって安定して供給されることは保証されない。それゆえ、磁性デバイスの磁性材料として、貴金属や希土類金属の含有量を極力減らし、安価な遷移金属のみでハードな磁気特性を実現できるような磁性材料が求められる。

　本発明に係る磁性材料は、積層方向の少なくとも一部分において第１磁性層と第２磁性層が１原子層ごとに交互に積層された構造を有し、前記第１磁性層はＣｏを主成分とし、前記第２磁性層は少なくともＮｉを含み、積層方向に磁気異方性を有する。好適には前記第１磁性層及び前記第２磁性層の膜面内における原子配列が６回対称性を有する。
　また、当該磁性材料における前記第１磁性層及び前記第２磁性層は、スパッタリング法、真空蒸着法、分子線エピタキシー法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法などのいずれかで堆積させることで形成される。その他、当該磁性材料は、冷間圧延などによって形成することも可能である。

　本発明の第１の効果として、磁気異方性の大きなハード磁性材料を容易に製造できることが挙げられる。従来知られていたハード磁性材料は、合成に高温プロセスが必要で、高温プロセスが悪影響を及ぼし、また反応性イオンエッチング法による加工が困難であるなどの課題があった。これに対し、本発明に係る磁性材料は、まず室温での形成が可能であり、高温プロセスを必要としない。本発明に係る磁性材料はまた、高温の熱処理においても特性を維持することが可能である。本発明に係る磁性材料はさらに、ＣｏやＮｉなどの比較的反応性のある遷移金属を主成分とすることから、反応性イオンエッチング法による加工も容易である。
　本発明の第２の効果として、磁気異方性の大きなハード磁性材料を製造する際の原料コストを抑制でき、また持続的な原料供給を実現できることなどが挙げられる。本発明に係る磁性材料は、ＣｏやＮｉなどの遷移金属を主成分とするが、これらの遷移金属はＰｔ、Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属やＳｍ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄなどの希土類金属と比べて低コストで入手が可能である。これらの遷移金属はまた、地球上での埋蔵量も圧倒的に多いため、将来にわたって持続的に供給することが可能である。

　図１は、本発明に係る磁性材料の要部構造を模式的に表した断面図である。
　図２は、本発明に係る磁性材料の要部構造を模式的に表した平面図である。
　図３Ａは、公知の磁性材料の磁化曲線の測定結果を示した図である。
　図３Ｂは、本発明に係る磁性材料の磁化曲線の測定結果を示した図である。
　図４は、本発明に係る磁性材料における実効異方性磁場のＮｉ膜厚依存性を説明するための図である。
　図５は、本発明に係る磁性材料の要部構造の第１の変形例を模式的に表した断面図である。
　図６は、本発明に係る磁性材料の要部構造の第２の変形例を模式的に表した断面図である。
　図７は、本発明に係る磁性材料の要部構造の第３の変形例を模式的に表した断面図である。
　図８は、本発明に係る磁性材料の要部構造の第４の変形例を模式的に表した断面図である。
　図９は、本発明に係る磁性材料の要部構造の第５の変形例を模式的に表した断面図である。
　図１０は、本発明に係る磁性材料の下地構成の実施例を模式的に表した断面図である。
　図１１は、本発明に係る磁性材料の下地構成の変形例を模式的に表した断面図である。

　以下、添付図面を参照して本発明に係る磁性材料の実施形態と製造方法に関して説明する。
［構造］
　図１、図２は本発明の実施形態に係る磁性材料の要部構造を模式的に示している。図１は断面図であり、図２は平面図である。
　本発明の実施形態に係る磁性材料１０は第１磁性層１と第２磁性層２が実質上一原子層ごとに交互に積層された構造を有する。図１、図２ではこの積層体の積層方向に沿ってｚ軸がとられており、一つの磁性層の平面内にｘ−ｙ軸がとられている。第１磁性層１はＣｏ原子１ａを主成分とする。第２磁性層２は少なくともＮｉ原子２ａを含む。また好適には、図２に示されるように、第１磁性層１及び第２磁性層２は膜面内において実質上６回対称の原子配列を有している。なお、ｘ−ｙ面内における結晶軸は各結晶グレイン間で異なっていてもよく、一つの結晶グレイン内で実質上６回対称性を有していればよい。磁性材料１０がこのような構成にあるとき、ｚ軸方向に大きな磁気異方性が生じる。すなわち、積層方向に垂直磁気異方性が生じる。これはハードディスクドライブのメディアや磁気ランダムアクセスメモリに適用する上で好適な磁気異方性の方向である。
　ここで、「実質上一原子層ごとに」と記載しているのは、本発明は厳密に一原子層ごとでなくても実現可能であるからであり、これは以降の変形例の説明で明らかになる。この点は、「実質上６回対称性」という記載においても同様である。
　磁性材料１０の典型的な構成としては、第１磁性層１がＣｏから構成され、第２磁性層２はＮｉから構成され、ＣｏとＮｉが実質上一原子層ごとに交互に積層された構造を有する。
　なお、第１磁性層１、第２磁性層２の膜厚は一原子層に近いことが望ましいが、実際には０．１０ｎｍから０．３５ｎｍの膜厚範囲において所望の特性が得られる。より好適には第１磁性層１、第２磁性層２の膜厚は０．１５ｎｍから０．３０ｎｍの膜厚範囲で設計される。
　ここで、ＣｏとＮｉの積層膜において、積層方向に大きな磁気異方性が生ずることは非特許文献１で報告されている。ただし、非特許文献１では第１原理計算からＣｏとＮｉの膜厚比が１：２のときに最大の磁気異方性が得られると述べられている。また、その起源はＣｏとＮｉの界面磁気異方性に起因していると述べられている。
　一方で、本発明者らはＣｏとＮｉの膜厚比が１：１のときにより大きな磁気異方性が得られることを実験から見出した。このことは、ＣｏとＮｉが実質上１原子層ごとに交互に積層された構造においては、非特許文献１の第１原理計算では考慮されていない、何らかの大きな磁気異方性を生ずる要因があり、それは積層構造ではなく結晶構造に由来するものであることを示唆している。なお、非特許文献１ではＣｏとＰｄの積層膜においても膜厚比が約１：２のときに最大の磁気異方性が得られるとしている。しかし、非特許文献２、３ではＣｏとＰｔ、またはＣｏとＰｄが成膜面において６回対称性をもち、かつ交互に積層された構造において、大きな磁気異方性が得られることを報告している。そして、非特許文献２では、これがＣｏとＰｔの規則構造（ＮｉＡｓ型、またはＣｕＰｔ（Ｌ１_１）型）によるものと説明している。本発明に係る磁性材料１０においても、非特許文献２、３で述べられているような規則構造に起因した磁気異方性の発現メカニズムが存在し、それによってＣｏとＮｉの積層膜において従来は知られていなかった構成において大きな磁気異方性が得られたものと考えられる。それゆえ、本発明に係る磁性材料１０は、第１磁性層１と第２磁性層２が交互に積層された積層体がＮｉＡｓ型かＣｕＰｔ型（Ｌ１_１型）のいずれかの結晶構造をとることが好ましい。

　次に、本発明の実施例について測定結果を参照しながら説明する。図３Ａは非特許文献１で示されているＣｏとＮｉの膜厚比が１：２の割合で積層された積層膜（磁性材料）の磁化曲線である。図３Ｂは本発明の実施例に係るＣｏとＮｉが実質上１原子層ごとに交互に積層された積層膜（磁性材料）の磁化曲線である。図３Ａ、図３Ｂのいずれにおいても、磁性材料における基板垂直方向（面外）と基板面内方向（面内）の磁化曲線が示されている。なお、具体的な膜構成はそれぞれＳｉ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｐｔ（２．４ｎｍ）／［Ｃｏ（０．３ｎｍ）／Ｎｉ（０．６ｎｍ）］_４／Ｃｏ（０．３）／Ｐｔ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）、及びＳｉ　ｓｕｂｓｔｒａｔｅ／Ｔａ（３ｎｍ）／Ｐｔ（２．４ｎｍ）／［Ｃｏ（０．２ｎｍ）／Ｎｉ（０．２ｎｍ）］_４／Ｃｏ（０．２）／Ｐｔ（１．５ｎｍ）／Ｔａ（３ｎｍ）である。これらはＤＣマグネトロンスパッタリング法により作製した。成膜時の基板温度は室温であり、また成膜後の熱処理などは施していない。なお、図１では上記の具体的な膜構成のうち、Ｃｏ／Ｎｉ積層構造以外の下地層やキャップ層は図示を省略している。Ｓｉ基板としては自然酸化膜により被覆されているものを用いた。磁化曲線を測定したサンプルのサイズは１０ｍｍ　ｘ　１０ｍｍである。いずれの場合も基板垂直方向が磁化容易軸となっていることがわかる。磁化曲線の解析からサンプルの飽和磁化、磁気異方性エネルギー定数はＣｏ（０．３ｎｍ）／Ｎｉ（０．６ｎｍ）で８５０ｅｍｕ／ｃｃ、７．０ｘ１０^６ｅｒｇ／ｃｃ、Ｃｏ（０．２ｎｍ）／Ｎｉ（０．２ｎｍ）で１０００ｅｍｕ／ｃｃ、８．８ｘ１０^６ｅｒｇ／ｃｃが求められた。非特許文献１で示されているＣｏとＮｉの膜厚比が１：２の構成（Ｃｏ（０．３ｎｍ）／Ｎｉ（０．６ｎｍ））に比べて、本発明の実施例に係る磁性材料１０の一形態であるＣｏ（０．２ｎｍ）／Ｎｉ（０．２ｎｍ）ではより大きな磁気異方性が得られていることがわかる。
　図４はＣｏの膜厚ｔ_Ｃｏを０．２５ｎｍで固定し、Ｎｉの膜厚を変化させた場合の実効異方性磁場Ｈ_ｋ ^ｅｆｆ（Ｏｅ）の変化の様子を示している。ＣｏとＮｉの膜厚比が約１：２のあたりに非特許文献１による第１原理計算の示唆と合致するピークがあるが、もう一つ約１：１の付近にもピークがあることがわかる。このようなピークが存在することはこれまで知られていなかった。ここで、Ｎｉの膜厚が薄いものほど飽和磁化の大きさは大きくなるので、結果として実効異方性磁場の大きさが同じであれば飽和磁化の大きいＮｉ膜厚の薄いものほど磁気異方性は大きくなる。すなわち、図４における左側のピークの方が磁気異方性は大きいことになる。
（変形例）
　次に本発明に係る磁性材料１０の構造に関するバリエーションについて図５乃至９を用いて説明する。
　図５は本発明に係る磁性材料１０の要部構造に関する第１の変形例を模式的に示している。図５では第１磁性層１と第２磁性層２が一原子層ごとに交互に積層されているが、積層の途中で一か所、第２磁性層２が２原子層連続して積層されている。すなわち、下から順に、第１磁性層１−第２磁性層２−第１磁性層１−第２磁性層２−第１磁性層１−第２磁性層２−第２磁性層２−第１磁性層１−第２磁性層２−第１磁性層１の積層構造となっている。このような周期構造の欠陥がある場合でも非欠陥領域において本発明で期待される大きな磁気異方性が発現され、本発明を実施することができる。すなわち、本第１の変形例及び図６~図９の第２~第５の変形例も、Ｃｏ原子１ａを主成分とする第１磁性層１と、少なくともＮｉ原子２ａを含む第２磁性層２が実質上一原子層ごとに交互に積層された構造を持つと言える。
　図６は本発明に係る磁性材料１０の要部構造に関する第２の変形例を模式的に示している。図１では下側から順に、第１磁性層１、第２磁性層２の順で積層されていたが、この順番は図６に示されるように逆、すなわち第２磁性層、第１磁性層の順番であっても構わない。このように、本発明に係る磁性材料１０は、積層方向の少なくとも一部分において第１磁性層１と第２磁性層２が一原子層ごとに交互に積層された構造を有していればよい。
　図７は本発明に係る磁性材料１０の要部構造に関する第３の変形例を模式的に示している。第３の変形例においては、第２磁性層２は少なくともＮｉを含めばよく、すべての領域においてＮｉ原子２ａのみから形成される必要はない。例えば、図７に示されるように、下側から数えて（４ｎ＋２）番目（ｎは正の整数）の層はＮｉ原子２ａから構成され、４ｎ番目は原子２ｂから構成されてもよい。ここで原子２ｂの元素としてはＰｔ、Ｐｄなどを用いることができる。
　図８、図９は本発明に係る磁性材料１０の要部構造に関する第４、第５の変形例を模式的に示している。第１磁性層１はＣｏ原子１ａを主成分とするが、単体のＣｏで形成される必要はない。例えば図８に示されるように、第１磁性層１には微量の原子１ｂが含まれていても構わない。原子１ｂの元素としてはＦｅなどを用いることができる。また、第２磁性層２もＮｉを含めばよく、図９に示されるように、第２磁性層２には微量の原子２ｃが含まれていても構わない。原子２ｃの元素としてはＰｔ、Ｐｄなどを用いることができる。
　次に、磁性材料１０をより容易に形成し、特性を安定して保持するための下地層の構成について述べる。図１０は本発明に係る磁性材料１０の下地層まで含めた好適な実施形態を模式的に示している。図１０に示されているように、磁性材料１０は第１磁性層と第２磁性層が交互に積層された積層体２０に対して基板側に第１下地層１１と第２下地層１２を有していることが好ましいが、第１下地層１１のみでも良い。図１０から明らかなように、積層体２０に近い方が第１下地層１１である。図３Ｂの説明において具体的な膜構成として説明したように、Ｔａ／Ｐｔという下地構成を用いることで、本発明者らは従来知られていなかった膜構成において大きな磁気異方性が得られることを確認しており、ここではＰｔが第１下地層、Ｔａが第２下地層に相当する。Ｔａ／Ｐｔという膜構成は以下のような技術思想に基づいて設定されたものである。
　まず、ＳｉＯ_２などで被覆されたＳｉ基板上にＴａをスパッタリング法で堆積させた場合、Ｔａの膜厚が薄いときにはアモルファス構造で堆積する。次に、アモルファスＴａ上にＰｔを堆積させた場合、Ｐｔはｆｃｃ（１１１）配向でＬａｙｅｒ−ｂｙ−ｌａｙｅｒ状に結晶成長する。ここで、ｆｃｃ（１１１）面は膜面内において６回対称性を有する。従って、この上にＣｏとＮｉを交互に堆積させた場合、下地のＰｔが結晶成長のテンプレートとなり、所望の結晶構造が実現される。
　なお、このような結晶成長のメカニズムを実現できる材料としては、Ｔａの代替として、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｗなどの第４属~第６属元素が挙げられる。また、上記材料は、これら、乃至はこれらを主成分とする合金であっても構わない。また、Ｐｔの代替としてはｆｃｃ乃至ｈｃｐ構造が安定となる材料であればよい。Ｐｔの代替としては、具体的にはＣｕ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ａｕなどや、これら、乃至これらを主成分とする合金が例示される。なお、Ｃｏ／Ｎｉ積層構造（積層体２０）の上部側に形成される、磁性材料１０のキャップ層３０についても同様で、６回対称性を有する材料であることが好ましい。上述の実施例ではキャップ層にはＰｔが用いられているが、他の材料でもよい。キャップ層として具体的に例示される材料は下地層の場合と同じでも良く重複するので省略する。
　また、図１１には本発明に係る磁性材料１０の下地構成に関する変形例を示している。図１０において第１下地層１１と第２下地層１２を具備する構成が説明されたが、図１１に示されるように、第１下地層１１と第２下地層１２の間に第３下地層１３を具備していてもよい。第３下地層１３にはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉなどのうちの少なくとも１つを含有するものを用いることができる。
　なお、ここに述べた下地層やキャップ層は本発明に係る磁性材料１０を形成する上での必須の要件ではなく、これらが全く異なる構成を有していても構わないし、あるいは形成されていなくても構わない。
（製造方法）
　次に、本発明に係る磁性材料１０を製造する方法について説明する。上記の実施例において、磁性材料１０はスパッタリング法によって形成が可能であることを述べた。具体的には第１磁性層１と第２磁性層２をスパッタリング法によって交互に堆積させることで形成が可能である。ここで、スパッタリング法以外の方法として、真空蒸着法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法などを用いることができる。スパッタリング法を用いる場合、スパッタリングガスにはＡｒ、Ｋｒ、Ｘｅなどを用いることができる。また、第１磁性層と第２磁性層を交互に堆積させる方法だけでなく、同時に堆積させて結晶成長の過程で規則的な層構造を実現することもできる。また、成膜時に基板温度を高く保ち、結晶化、規則化を促進してもよい。あるいは、成膜後にアニール処理を行うことで結晶化、規則化を促進してもよい。なお、ＣｏとＮｉは合金状態図の上ではほぼ全率固溶であり、本発明に係る磁性材料１０のような単原子層単位で交互に積層した構造は準安定構造である。なお、準安定構造を有する金属合金材料は冷間圧延などによって形成することも可能であることが報告されており、本発明に係る磁性材料も冷間圧延などの加工法によって形成してもよい。
（実施例の効果）
　本発明の実施例の第１の効果として、磁気異方性の大きなハード磁性材料を容易に製造できることが挙げられる。従来知られていたハード磁性材料は合成に高温プロセスが必要で高温プロセスが悪影響を及ぼし、また反応性イオンエッチング法による加工が困難であるなどの課題があった。これに対し、本発明に係る磁性材料１０は、室温での形成が可能であり、高温プロセスを必要としない。本発明に係る磁性材料１０はまた、高温の熱処理においても特性を維持することが可能である。本発明に係る磁性材料１０は更に、ＣｏやＮｉなどの比較的反応性のある遷移金属を主成分とすることから、反応性イオンエッチング法による加工も容易である。
　本発明の実施例の第２の効果として、磁気異方性の大きなハード磁性材料を製造する際の原料コストを抑制でき、また持続的な原料供給を実現できることなどが挙げられる。本発明に係る磁性材料１０はＣｏやＮｉなどの遷移金属を主成分とするが、これらはＰｔ、Ｐｄ、Ａｕなどの貴金属やＳｍ、Ｎｄ、Ｄｙ、Ｔｂ、Ｇｄなどの希土類金属と比べて低コストでの入手が可能である。ＣｏやＮｉなどの遷移金属はまた、地球上での埋蔵量も圧倒的に高いため、将来にわたって持続的に供給することが可能である。

　本発明の産業上の利用可能性として、不揮発性の情報記憶装置に用いる磁性材料が挙げられる。具体的には磁気ランダムアクセスメモリやハードディスクドライブの記憶メディアなどが挙げられる。また、本発明の別の産業上の利用可能性として、自動車のモーターなどに用いる永久磁石が挙げられる。
　なお、本発明は上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施形態は適宜変形又は変更されうることは明らかである。
　この出願は、２０１２年１２月１４日に出願された日本出願特願第２０１２−２７３０４４号を基礎とする優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。

　１　第１磁性層
　２　第２磁性層
　１ａ　Ｃｏ原子
　２ａ　Ｎｉ原子
　１０　磁性材料
　１１　第１下地層
　１２　第２下地層
　１３　第３下地層
　２０　第１磁性層と第２磁性層からなる積層体
　３０　　キャップ層

Claims

　積層方向の少なくとも一部分において第１磁性層と第２磁性層が実質上１原子層ごとに交互に積層された構造を含み、
　前記第１磁性層はＣｏを主成分とし、
　前記第２磁性層は少なくともＮｉを含み、
　積層方向に磁気異方性を有する、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１に記載の磁性材料であって、
　前記第１磁性層及び前記第２磁性層の膜面内における原子配列が実質上６回対称性を有する、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１または２に記載の磁性材料であって、
　さらに第１下地層またはキャップ層を含み、
　前記第１下地層またはキャップ層はＣｕ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、Ａｕのうちの少なくとも一つを含有する、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１乃至３のいずれか１項に記載の磁性材料であって、
　さらに第２下地層を含み、
　前記第２下地層はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗのうちの少なくとも一つを含有する、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１乃至４のいずれか１項に記載の磁性材料であって、
　さらに第３下地層を含み、
　前記第３下地層はＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｉのうちの少なくとも一つを含有する、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１乃至５のいずれか１項に記載の磁性材料であって、
　前記第１磁性層がＣｏからなり、
　前記第２磁性層がＮｉからなる、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１乃至６のいずれか１項に記載の磁性材料であって、
　前記第１磁性層と前記第２磁性層の膜厚が０．１０ｎｍ以上０．３５ｎｍ以下である、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１乃至７のいずれか１項に記載の磁性材料であって、
　前記第１磁性層と前記第２磁性層が交互に積層された積層体がＮｉＡｓ型かＣｕＰｔ型（Ｌ１_１型）のいずれかの結晶構造をとる、
ことを特徴とする磁性材料。
　請求項１乃至８のいずれか１項に記載の磁性材料の製造方法であって、
　前記第１磁性層及び前記第２磁性層をスパッタリング法、真空蒸着法、分子線エピタキシー法、レーザーアブレーション法、イオンプレーティング法のいずれかで堆積させることで形成する、
ことを特徴とする磁性材料の製造方法。
　請求項９に記載の磁性材料の製造方法であって、
　前記第１磁性層と前記第２磁性層を交互に堆積させることで形成する、
ことを特徴とする磁性材料の製造方法。