WO2021186693A1 - 磁気抵抗効果素子 - Google Patents

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WO2021186693A1
WO2021186693A1 PCT/JP2020/012410 JP2020012410W WO2021186693A1 WO 2021186693 A1 WO2021186693 A1 WO 2021186693A1 JP 2020012410 W JP2020012410 W JP 2020012410W WO 2021186693 A1 WO2021186693 A1 WO 2021186693A1
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layer
ferromagnetic layer
magnetic
alloy
magnetization
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PCT/JP2020/012410
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English (en)
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Inventor
勝之 中田
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Tdk株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
    • H01F10/08—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers
    • H01F10/10—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition
    • H01F10/12—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys
    • H01F10/16—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure characterised by magnetic layers characterised by the composition being metals or alloys containing cobalt
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/82—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by variation of the magnetic field applied to the device
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N50/00—Galvanomagnetic devices
    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Definitions

  • the present invention relates to a magnetoresistive element.
  • the magnetoresistive element is an element whose resistance value in the stacking direction changes due to the magnetoresistive effect.
  • the magnetoresistive element includes two ferromagnetic layers and a non-magnetic metal layer sandwiched between them.
  • a magnetoresistive element in which a conductor is used for a non-magnetic metal layer is called a giant magnetoresistive (GMR) element.
  • GMR giant magnetoresistive
  • Non-Patent Document 1 in order to increase the GMR, it is necessary to increase the bulk spin asymmetry coefficient ( ⁇ ) of the ferromagnetic layer, and a full-Whisler alloy is known as such a material (Non-Patent Document 1). ..
  • the present invention has been proposed in view of such conventional circumstances, and an object of the present invention is to provide a magnetoresistive element capable of improving MR ratio and RA.
  • the magnetic resistance effect element according to the first aspect is non-magnetic located between the first ferromagnetic layer, the second ferromagnetic layer, and the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer. It comprises a metal layer, and at least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer comprises an isoatomic quaternary Heusler alloy.
  • the isoatomic quaternary Whistler alloy may be configured to include an alloy represented by the following general formula (1).
  • XX'YZ ⁇ ⁇ ⁇ (1) (In the formula (1), X, X', Y and Z represent different metal elements, X represents any one of Cr, Mn, Fe and Co, and X'represents V and Mn. , Cr, Fe, Y represents any one of Ti, V, Cr, Mn, Z represents any one of Si, Al, As, Ge, Ga. Represents one.)
  • the X represents any one of Cr, Fe, and Co
  • the X' represents any one of V, Cr, and Fe
  • the Y may be configured to represent any one of Ti, V, and Cr.
  • the magnetic resistance effect element when the content of the metal element represented by X and the metal element represented by X'whichever is smaller is 1 mol.
  • the content of the metal element represented by X and the metal element represented by X'whichever has the higher content is 1.05 mol or less
  • the metal element represented by Y is described above.
  • the content of the element may be 0.95 mol or more and 1.05 mol or less
  • the content of the element represented by Z may be 0.95 mol or more and 1.05 mol or less.
  • the space group of the isoatomic quaternary Whistler alloy may be configured to be F-43 m.
  • the isoatomic quaternary Heusler alloy may have a configuration in which the atomic arrangement is irregular.
  • At least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer may be configured to contain a full-Whisler alloy.
  • At least one of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer includes a layer containing the isoatomic quaternary Whistler alloy and the full Whistler alloy. It may be configured as a laminated body with a layer.
  • the film thickness of the layer containing the full-Whisler alloy may be thicker than the film thickness of the layer containing the isoatomic quaternary Hoisler alloy.
  • the full-Whisler alloy may be configured to include an alloy represented by the following general formula (2).
  • Co 2 X ⁇ Y ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2) (In the formula (2), X represents at least one metal element among Fe, Mn, and Cr, and Y represents at least one metal element among Si, Al, Ga, and Ge. , ⁇ and ⁇ represent numbers satisfying 2 ⁇ + ⁇ ⁇ 2.6.)
  • the non-magnetic metal layer may be configured to contain Cu, Ag, and Cr.
  • At least one of the non-magnetic metal layer and the first ferromagnetic layer and the non-magnetic metal layer and the second ferromagnetic layer. May be configured to include a NiAl layer containing a NiAl alloy.
  • FIG. It is sectional drawing of the magnetoresistive element which concerns on 1st Embodiment. It is sectional drawing of the magnetoresistive element which concerns on 2nd Embodiment. It is sectional drawing of the magnetic recording apparatus which concerns on application example 1.
  • FIG. It is sectional drawing of the magnetic recording element which concerns on application example 2.
  • FIG. It is sectional drawing of the magnetic recording element which concerns on application example 3.
  • FIG. It is sectional drawing of the spin current magnetization rotating element which concerns on Application Example 4.
  • FIG. It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on application example 5. It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on application example 6. It is sectional drawing of the domain wall moving element which concerns on application example 7.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element 101 cut along the stacking direction of each layer of the magnetoresistive element 101.
  • the base layer 20, the first ferromagnetic layer 30, the non-magnetic metal layer 40, the second ferromagnetic layer 50, and the cap layer 60 are laminated in this order on the substrate 10. It is a laminated body.
  • the non-magnetic metal layer 40 is located between the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50.
  • the substrate 10 is a portion that serves as a base for the magnetoresistive element 101. It is preferable to use a material having excellent flatness for the substrate 10.
  • the substrate 10 includes, for example, a metal oxide single crystal, a silicon single crystal, a silicon single crystal with a thermal oxide film, a sapphire single crystal, ceramic, quartz, and glass.
  • the material contained in the substrate 10 is not particularly limited as long as it has an appropriate mechanical strength and is suitable for heat treatment and microfabrication.
  • the metal oxide single crystal include MgO single crystal.
  • An epitaxial growth film can be easily formed on the substrate containing the MgO single crystal by using, for example, a sputtering method.
  • the magnetoresistive element using this epitaxial growth film exhibits a large magnetoresistive characteristic.
  • the type of the substrate 10 differs depending on the target product.
  • the substrate 10 is, for example, a Si substrate having a circuit structure.
  • the substrate 10 is, for example, an AlTiC substrate that is easy to process.
  • the base layer 20 is located between the substrate 10 and the first ferromagnetic layer 30.
  • the base layer 20 is a laminated body having a three-layer structure in which the first base layer 21, the second base layer 22, and the third base layer 23 are laminated in this order on the substrate 10.
  • the first base layer 21 functions as a buffer layer that alleviates the difference between the lattice constant of the substrate 10 and the lattice constant of the second base layer 22.
  • the material of the first base layer 21 may be either a conductive material or an insulating material.
  • the material of the first base layer 21 differs depending on the material of the substrate 10 and the material of the second base layer 22, but is, for example, a compound having a (001) oriented NaCl structure.
  • the compound having a NaCl structure is, for example, a nitride containing at least one element selected from the group of Ti, Zr, Nb, V, Hf, Ta, Mo, W, B, Al, and Ce, or Mg, Al. , An oxide containing at least one element selected from the group of Ce.
  • the (002) oriented perovskite-based conductive oxide represented by the composition formula of ABO 3 can be used as the material of the first base layer 21, for example, the (002) oriented perovskite-based conductive oxide represented by the composition formula of ABO 3 can be used.
  • the perovskite-based conductive oxide contains, for example, at least one element selected from the group of Sr, Ce, Dy, La, K, Ca, Na, Pb, and Ba as site A, and Ti, V, as site B. It is an oxide containing at least one element selected from the group of Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Ga, Nb, Mo, Ru, Ir, Ta, Ce, and Pb.
  • the second base layer 22 functions as a seed layer that enhances the crystallinity of the upper layer laminated on the second base layer 22.
  • the second base layer 22 contains, for example, at least one of MgO, TiN and NiTa alloys. Further, for example, an alloy containing Co and Fe can be used.
  • the alloy containing Co and Fe is, for example, Co—Fe and Co—Fe—B.
  • the third base layer 23 functions as a buffer layer that alleviates the difference between the lattice constant of the second base layer 22 and the lattice constant of the first ferromagnetic layer 30.
  • the third base layer 23 is at least one metal element of a metal element, for example, Ag, Au, Cu, Cr, V, Al, W, and Pt, so that it can be used as an electrode for passing a detection current. It may be a layer containing. Further, it is a layer containing any one of a metal, an alloy, an intermetal compound, a metal boride, a metal carbide, a metal siliceate, and a metal phosphate having a function of generating a spin current by the spin Hall effect when an electric current flows. May be good.
  • the third base layer 23 may be an alloy of these metal elements or a laminate of materials containing two or more of these metal elements. Alloys of metal elements include, for example, cubic AgZn alloys, AgMg alloys, CoAl alloys, FeAl alloys and NiAl alloys.
  • the base layer 20 functions as a buffer layer that alleviates the difference in lattice constant between the substrate 10 and the first ferromagnetic layer 30, thereby enhancing the crystallinity of the upper layer formed on the base layer 20.
  • any one of the first base layer 21, the second base layer 22, and the third base layer 23 can be omitted. Further, if necessary, any one of the first base layer 21, the second base layer 22, and the third base layer 23 can be formed of the same material. Further, it can be increased by laminating each base layer a plurality of times as needed.
  • the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 are magnetic materials.
  • the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 are magnetized, respectively.
  • the magnetoresistive element 101 outputs a change in the relative angle between the magnetization of the first ferromagnetic layer 30 and the magnetization of the second ferromagnetic layer 50 as a resistance value change.
  • the magnetization of the second ferromagnetic layer 50 is easier to move than, for example, the magnetization of the first ferromagnetic layer 30.
  • the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer 30 does not change (fixed), and the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 50 changes.
  • the resistance value of the magnetoresistive element 101 changes as the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 50 changes with respect to the direction of magnetization of the first ferromagnetic layer 30.
  • the first ferromagnetic layer 30 is called a magnetization fixed layer
  • the second ferromagnetic layer 50 may be called a magnetization free layer.
  • the case where the first ferromagnetic layer 30 is a magnetized fixed layer and the second ferromagnetic layer 50 is a magnetized free layer will be described as an example, but this relationship may be reversed.
  • the difference in the ease of movement between the magnetization of the first ferromagnetic layer 30 and the magnetization of the second ferromagnetic layer 50 when a predetermined external force is applied is maintained between the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50. It is caused by the difference in magnetic force.
  • the coercive force of the second ferromagnetic layer 50 becomes smaller than the coercive force of the first ferromagnetic layer 30.
  • an antiferromagnetic layer is provided on the surface of the first ferromagnetic layer 30 opposite to the non-magnetic metal layer 40 via a spacer layer.
  • the first ferromagnetic layer 30, the spacer layer, and the antiferromagnetic layer have a synthetic antiferromagnetic structure (SAF structure).
  • the synthetic antiferromagnetic structure includes two magnetic layers sandwiching the spacer layer.
  • the antiferromagnetic coupling between the first ferromagnetic layer 30 and the antiferromagnetic layer increases the coercive force of the first ferromagnetic layer 30 as compared with the case where the antiferromagnetic layer is not provided.
  • the antiferromagnetic layer is, for example, IrMn, PtMn, or the like.
  • the spacer layer contains, for example, at least one selected from the group consisting of Ru, Ir, and Rh.
  • the method of creating a coercive force difference depending on the thickness does not require an additional layer such as an antiferromagnetic layer that can cause parasitic resistance.
  • the method of creating a coercive force difference by the SAF structure can enhance the orientation of the magnetization of the first ferromagnetic layer 30.
  • At least one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 contains an isoatomic quaternary Heusler alloy. It is preferable that at least one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 is made of an isoatomic quaternary Whistler alloy.
  • the quaternary Heusler alloy is an alloy in which the main elements occupying each of the four sites of the Heusler alloy are different.
  • the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 may contain unavoidable impurities. Inevitable impurities are impurities that are inevitably mixed in the manufacturing material or manufacturing process.
  • the unavoidable impurities include elements constituting other layers other than the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50, for example, Cu, Ag, Ru, Ni, Ta, B, and C.
  • the isoatomic quaternary Heusler alloy is preferably an alloy represented by the following general formula (1). XX'YZ ⁇ ⁇ ⁇ (1)
  • X, X', Y and Z represent different metal elements, X represents any one of Cr, Mn, Fe and Co, and X'represents V, Mn, It represents any one of Cr and Fe, Y represents any one of Ti, V, Cr and Mn, and Z represents any one of Si, Al, As, Ge and Ga. Represents.
  • the X preferably represents any one of Cr, Fe, and Co.
  • the X' preferably represents any one of V, Cr and Fe.
  • the Y preferably represents any one of Ti, V, and Cr.
  • the isoatomic quaternary Hoisler alloy include CoFeCrGa, CoFeCrAl, CoFeCrSi, CoFeCrGe, CoFeMnGa, CoFeMnAl, CoFeMnSi, CoFeMnGe, FeMnCrAs, CoFeVSi, CoMnVAs, CoMnCrAs, CoFeVAs, CoFeCrAs, and CoFeCrAs.
  • these isoatomic quaternary Heusler alloys those containing no Mn are preferable.
  • the metal element represented by X and the metal element X' are described above.
  • the content of the metal element having the higher content among the metal elements represented by is 1.05 mol or less
  • the content of the metal element represented by Y is 0.95 mol or more and 1.05 mol or less
  • the content of the element represented by Z is preferably 0.95 mol or more and 1.05 mol or less.
  • MX MX', 0.95 ⁇ MX ⁇ MY ⁇ 1.05 ⁇ MX, and 0.95 ⁇ MX ⁇ MZ ⁇ 1.05 ⁇ MX.
  • MX ⁇ MX' MX' ⁇ 1.05 ⁇ MX, 0.95 ⁇ MX ⁇ MY ⁇ 1.05 ⁇ MX, and 0.95 ⁇ MX ⁇ MX ⁇ 1.05 ⁇ MX. ..
  • MX>MX' MX ⁇ 1.05 x MX', 0.95 x MX' ⁇ MY ⁇ 1.05 x MX', 0.95 x MX' ⁇ MZ ⁇ 1.05 x MX'.
  • composition of the isoatomic quaternary Heusler alloy can be identified using fluorescent X-ray analysis (XRF) or inductively coupled plasma (ICP) emission spectroscopy.
  • XRF fluorescent X-ray analysis
  • ICP inductively coupled plasma
  • EDS Energy dispersive X-ray analysis
  • the space group of the isoatomic quaternary Heusler alloy is preferably F-43 m.
  • the space group of the isoatomic quaternary Heusler alloy can be confirmed by, for example, X-ray diffraction.
  • the X-ray diffraction method may be performed by performing in-plane measurement (out-of-plane XRD) and in-plane measurement (in-plane XRD).
  • the atomic arrangement may be directly confirmed using a transmission electron microscope (TEM).
  • the isoatomic quaternary Heusler alloy has an irregular atomic arrangement.
  • the irregular arrangement of atoms means that each metal element represented by X, X', Y, and Z is replaced with another metal element.
  • the degree of irregularity in the atomic arrangement can be estimated using, for example, the peak intensity of X-ray diffraction.
  • the peak intensity ratio when the peak intensity of the (002) plane is I (002) and the peak intensity of the (004) plane is I (004) is I (002) /. Let it be I (004).
  • the peak intensity ratio when the peak intensity of the (111) plane is I (111) and the peak intensity of the (220) plane is I (220) is I (111) / I (220).
  • the degree of irregularity of the atomic arrangement is as follows: I (002) / I (004) is 0.01 or more and 0.3 or less, and I (111) / I (220) is 0.01 or more and 0.07 or less. It is preferable to satisfy at least one of them. Furthermore, at least one of I (002) / I (004) of 0.05 or more and 0.2 or less and I (111) / I (220) of 0.02 or more and 0.05 or less can be satisfied. More preferred.
  • At least one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 may contain a full-Whisler alloy. Either one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 may be made of a full-Whisler alloy, or one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 may be composed of a full-Whisler alloy.
  • the configuration may include an isoatomic quaternary Heusler alloy and a full Heusler alloy.
  • the configuration including the isoatomic quaternary Hoisler alloy and the full-Whisler alloy may be a configuration in which a layer of the isoatomic quaternary Hoisler alloy and a layer of the full-Whisler alloy are laminated. In this case, the layer of the isoatomic quaternary Heusler alloy and the layer of the full Heusler alloy may be directly laminated or may be arranged so as to sandwich the spacer layer.
  • the full-Whisler alloy is preferably an alloy represented by the following general formula (2). Co 2 X ⁇ Y ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ (2)
  • X represents at least one metal element among Fe, Mn, and Cr
  • Y represents at least one metal element among Si, Al, Ga, and Ge.
  • ⁇ and ⁇ represent numbers satisfying 2 ⁇ + ⁇ ⁇ 2.6.
  • the non-magnetic metal layer 40 has a thickness in the range of 1 nm or more and 10 nm or less, for example.
  • the non-magnetic metal layer 40 magnetically separates the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50.
  • the non-magnetic metal layer 40 contains a non-magnetic metal.
  • the non-magnetic metal layer 40 is preferably made of a non-magnetic metal.
  • the non-magnetic metal layer may contain unavoidable impurities.
  • the unavoidable impurities include elements constituting other layers other than the non-magnetic metal layer 40.
  • the material of the non-magnetic metal layer 40 is, for example, Cu, Au, Ag, Al, Cr and the like.
  • the non-magnetic metal layer 40 preferably contains one or more elements selected from the group consisting of Cu, Au, Ag, Al, and Cr as the main constituent elements.
  • the main constituent element means that the ratio of Cu, Au, Ag, Al, and Cr in the composition formula is 50% or more.
  • the non-magnetic metal layer 40 preferably contains Ag, and preferably contains Ag as a main constituent element. Since Ag has a long spin diffusion length, the magnetoresistive element 101 using Ag has a larger MR ratio.
  • the thickness of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 is, for example, in the range of 1 nm or more and 15 nm or less, preferably in the range of 2 nm or more and 10 nm or less.
  • the film thickness of the first ferromagnetic layer 30 is preferably thicker than the film thickness of the second ferromagnetic layer 50.
  • Cap layer The cap layer 60 is located on the opposite side of the magnetoresistive element 101 from the substrate 10.
  • the cap layer 60 is provided to protect the second ferromagnetic layer 50.
  • the cap layer 60 suppresses the diffusion of atoms from the second ferromagnetic layer 50.
  • the cap layer 60 also contributes to the crystal orientation of each layer of the magnetoresistive element 101. Having the cap layer 60 stabilizes the magnetization of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50, and can improve the MR ratio of the magnetoresistive element 101.
  • the cap layer 60 preferably contains a highly conductive material so that it can be used as an electrode for passing a detection current.
  • the cap layer 60 is formed by, for example, one or more metal elements of Ru, Ag, Al, Cu, Au, Cr, Mo, Pt, W, Ta, Pd, Ti and Ir, alloys of these metal elements, or these metal elements.
  • a laminate of materials containing two or more of the above may be included.
  • the magnetoresistive element 101 is, for example, on a substrate 10, a base layer 20 (first base layer 21, second base layer 22, third base layer 23), a first ferromagnetic layer 30, and a non-magnetic metal layer 40. , The second ferromagnetic layer 50 and the cap layer 60 are laminated in this order.
  • a film forming method for each layer for example, a sputtering method, a thin film deposition method, a laser ablation method, or a molecular beam epitaxy (MBE) method can be used.
  • the substrate 10 may be annealed after the base layer 20 is formed or after the second ferromagnetic layer 50 is laminated. Annealing enhances the crystallinity of each layer.
  • the magnetoresistive element 101 is, for example, a CPP-GMR (element surface direct energization type giant magnetoresistive element) that exhibits a magnetoresistive effect by passing a current in the direction perpendicular to the film surface of the magnetoresistive element 101. ) Can be used.
  • CPP-GMR element surface direct energization type giant magnetoresistive element
  • At least one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 contains an isoatomic quaternary Whistler alloy, so that a high spin polarization rate is maintained.
  • the MR ratio and RA are further improved.
  • X in the above general formula (1) represents any one of Cr, Fe, and Co
  • Y represents Ti, V
  • the MR ratio is further improved. This is because the elements constituting the isoatomic quaternary Heusler alloy are difficult to diffuse into the non-magnetic metal layer 40.
  • the magnetic resistance effect element 101 of the present embodiment when the content of the metal element represented by X and the metal element represented by X'whichever is smaller is set to 1 mol.
  • the content of the metal element represented by X and the metal element represented by X'whichever has the higher content is 1.05 mol or less
  • the metal element represented by Y is described above.
  • the first ferromagnetic layer 30 It is possible to further increase the spin polarization rate of either one of the second ferromagnetic layer 50 and the second ferromagnetic layer 50. Therefore, the MR ratio of the magnetoresistive element 101 is further improved.
  • the MR ratio of the magnetoresistive element 101 is further improved. Further, in the magnetoresistive element 101 of the present embodiment, when the atomic arrangement of the isoatomic quaternary Heusler alloy is irregular, the MR ratio of the magnetoresistive element 101 is further improved.
  • the magnetoresistive element 101 of the present embodiment when the non-magnetic metal layer 40 contains Cu, Ag, and Cr, the first ferromagnetic layer 30, the second ferromagnetic layer 50, and the non-magnetic metal layer 40 are combined. Fermi surface matching is improved. Therefore, the MR ratio of the magnetoresistive element 101 is further improved.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element according to the second embodiment of the present invention.
  • the first ferromagnetic layer 30 is a laminate of the first full-Whisler alloy layer 31 and the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32
  • the second ferromagnetic layer 50 is the second full. It differs from the magnetic resistance effect element 101 shown in FIG. 1 in that it is a laminate of the Whisler alloy layer 51 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52. Therefore, in FIG. 2, the same components as those in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
  • the first full-Whisler alloy layer 31 of the first ferromagnetic layer 30 is located on the base layer 20 side, and the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32 is located on the non-magnetic metal layer 40 side.
  • the second full-Whisler alloy layer 51 of the second ferromagnetic layer 50 is located on the cap layer 60 side, and the second isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 52 is located on the non-magnetic metal layer 40 side. That is, the non-magnetic metal layer 40 is located between the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52.
  • the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 are layers containing the full-whisler.
  • the example of full whisler is the same as that of the first embodiment.
  • the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 are preferably layers made of full-whisler.
  • the first full-Whisler alloy layer and the second full-Whisler alloy layer 51 may contain unavoidable impurities.
  • the unavoidable impurities include elements constituting other layers other than the first Full-Whisler alloy layer 31 and the second Full-Whisler alloy layer 51.
  • the film thickness of the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 is preferably in the range of 1 nm or more and 10 nm or less.
  • the film thicknesses of the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 are preferably thicker than those of the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 52, respectively.
  • the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 are layers containing the isoatomic quaternary Heusler.
  • the example of an equiatomic quaternary whisler is the same as in the first embodiment.
  • the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 are preferably layers composed of equiatomic quaternary Heusler.
  • the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 may contain unavoidable impurities.
  • the unavoidable impurities include elements constituting other layers other than the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52.
  • the film thickness of the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 is preferably in the range of 1 nm or more and 8 nm or less.
  • the first ferromagnetic layer 30 includes a first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32, and the second ferromagnetic layer 50 includes a second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, since the first ferromagnetic layer 30 includes the first full-Whisler alloy layer 31 and the second ferromagnetic layer 50 includes the second full-Whisler alloy layer 51, the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 It is possible to increase the saturation magnetization of the material, and it is possible to improve the magnetic stability.
  • the first full-Whisler alloy layer 31 and the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32 are laminated, and the second full-Whisler alloy layer 51 and the second or the like are formed. Since it is a laminate with the atomic quaternary Heusler alloy layer 52, the interfacial resistance at the interface between the isoatomic quaternary Heusler alloy and the full Heusler alloy can be increased, and ⁇ RA can be increased. Therefore, it is possible to improve the MR ratio of the magnetoresistive element 102.
  • the thickness of the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 is 4 elements of the first isoatomic atom and 4 elements of the second isoatomic atom, respectively.
  • the magnetization stability of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 can be improved.
  • the positions of the first full-Whisler alloy layer 31 and the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32 of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 are the positions.
  • the positions of the 2 full-Whisler alloy layer 51 and the 2nd isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 are not limited to this.
  • the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 may be arranged on the non-magnetic metal layer 40 side. That is, the non-magnetic metal layer 40 may be arranged between the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51.
  • a spacer layer may be provided between the and.
  • the material of the spacer layer may be composed of a non-magnetic material containing at least one selected from the group of Ru, Rh, Ir, Re, Cr, Zr, and Cu.
  • the thickness of the spacer is preferably 0.3 nm or more and 1.0 nm or less.
  • the magnetization of the first full-Whisler alloy layer 31 and the magnetization of the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32, and the magnetization of the second full-Whisler alloy layer 51 and the second isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 52 It is possible to combine the magnetization of the above into a parallel state or an antiparallel state.
  • At least one of the space between the non-magnetic metal layer 40 and the first ferromagnetic layer 30 and the space between the non-magnetic metal layer 40 and the second ferromagnetic layer 50 is provided with a NiAl layer containing a NiAl alloy. You may be. In this case, it is possible to further improve the matching of the Fermi surfaces of the first ferromagnetic layer 30 and the non-magnetic metal layer 40 and the second ferromagnetic layer 50 and the non-magnetic metal layer 40. Therefore, the MR ratio of the magnetoresistive element can be further improved.
  • the NiAl layer is preferably a layer made of a NiAl alloy.
  • the NiAl layer may contain unavoidable impurities. Inevitable impurities include elements that constitute layers other than the NiAl layer.
  • the thickness of each NiAl layer is preferably 0.21 nm or more and 0.63 nm or less. If the thickness becomes too thick, the electrons moving from the first ferromagnetic layer 30 (second ferromagnetic layer 50) to the second ferromagnetic layer 50 (first ferromagnetic layer 30) may be spin-scattered.
  • the thickness is within this range, spin scattering is suppressed in the moving electrons, the lattice mismatch between the first ferromagnetic layer 30 and the non-magnetic metal layer 40 is reduced, and the non-magnetic metal layer 40 and the second strong The lattice mismatch with the magnetic layer 50 is reduced. As a result, the magnetoresistive effect becomes particularly large.
  • the magnetoresistive element 101 of the first embodiment is used as the magnetoresistive element, but the magnetoresistive element is not limited to this, and for example, the second embodiment.
  • the same effect can be obtained by using the magnetoresistive element 102 of the above and the magnetoresistive element 103 of the third embodiment.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetic recording device according to Application Example 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element 101 cut along the stacking direction of each layer of the magnetoresistive element.
  • the magnetic recording device 201 has a magnetic head 210 and a magnetic recording medium W.
  • one direction in which the magnetic recording medium W extends is the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction is the Y direction
  • the XY plane is parallel to the main plane of the magnetic recording medium W.
  • the direction connecting the magnetic recording medium W and the magnetic head 210 and perpendicular to the XY plane is defined as the Z direction.
  • the air bearing surface (Air Bearing Surface: medium facing surface) S faces the surface of the magnetic recording medium W, and the magnetic recording medium W is located at a position separated from the magnetic recording medium W by a certain distance. It is said that it is possible to fly in the directions of arrow + X and arrow-X along the surface of.
  • the magnetic head 210 includes a magnetoresistive element 101 that acts as a magnetic sensor, and a magnetic recording unit (not shown).
  • a resistance measuring instrument 220 is connected to the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 of the magnetoresistive element 101.
  • the magnetic recording unit applies a magnetic field to the recording layer W1 of the magnetic recording medium W to determine the direction of magnetization of the recording layer W1. That is, the magnetic recording unit performs magnetic recording of the magnetic recording medium W.
  • the magnetoresistive element 101 reads the information on the magnetization of the recording layer W1 written by the magnetic recording unit.
  • the magnetic recording medium W has a recording layer W1 and a backing layer W2.
  • the recording layer W1 is a portion for performing magnetic recording
  • the backing layer W2 is a magnetic path (magnetic flux passage) for returning the magnetic flux for writing to the magnetic head 210 again.
  • the recording layer W1 records magnetic information as the direction of magnetization.
  • the second ferromagnetic layer 50 of the magnetoresistive element 101 is a magnetization free layer. Therefore, the second ferromagnetic layer 50 exposed on the air bearing surface S is affected by the magnetization recorded on the recording layer W1 of the opposing magnetic recording medium W.
  • the direction of magnetization of the second ferromagnetic layer 50 is oriented in the + z direction due to the influence of the magnetization of the recording layer W1 in the + z direction.
  • the directions of magnetization of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50, which are the fixed magnetization layers, are parallel.
  • the shape of the magnetoresistive element 101 of the magnetic head 210 is not particularly limited.
  • the first ferromagnetic layer 30 may be installed at a position away from the magnetic recording medium W in order to avoid the influence of the leakage magnetic field of the magnetic recording medium W on the first ferromagnetic layer 30 of the magnetoresistive sensor 101. ..
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the magnetic recording element according to Application Example 2.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element 101 cut along the stacking direction of each layer of the magnetoresistive element.
  • the magnetic recording element 202 includes a magnetoresistive element 101, a power supply 230 connected to the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 of the magnetoresistive element 101, and a measuring unit 240.
  • the power supply 230 and the measuring unit 240 may be connected to the third base layer 23 instead of the first ferromagnetic layer 30.
  • the power supply 230 and the measuring unit 240 may be connected to the cap layer 60 instead of the second ferromagnetic layer 50.
  • the power supply 230 gives a potential difference in the stacking direction of the magnetoresistive element 101.
  • the measuring unit 240 measures the resistance value of the magnetoresistive element 101 in the stacking direction.
  • a current flows in the stacking direction of the magnetoresistive element 101.
  • the current spin-polarizes as it passes through the first ferromagnetic layer 30, resulting in a spin-polarized current.
  • the spin polarization current reaches the second ferromagnetic layer 50 via the non-magnetic metal layer 40.
  • the magnetization of the second ferromagnetic layer 50 is reversed by receiving a spin transfer torque (STT) due to a spin polarization current.
  • STT spin transfer torque
  • the resistance value in the stacking direction of the magnetoresistive element 101 changes.
  • the resistance value of the magnetoresistive element 101 in the stacking direction is read out by the measuring unit 240. That is, the magnetic recording element 202 shown in FIG. 5 is a spin transfer torque (STT) type magnetic recording element.
  • STT spin transfer torque
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetic recording element according to Application Example 3.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of the magnetoresistive element 101 cut along the stacking direction of each layer of the magnetoresistive element.
  • the magnetic recording element 203 includes a magnetoresistive element 101, a power supply 230 connected to both ends of the third base layer 23 of the magnetic resistance effect element 101, a third base layer 23, and a second ferromagnetic layer. It has a measuring unit 240 connected to 50.
  • the third base layer 23 is made of any one of metals, alloys, intermetal compounds, metal borides, metal carbides, metal silices, and metal phosphors having a function of generating a spin current by the spin Hall effect when an electric current flows. It is said to be a layer containing.
  • the third base layer 23 is, for example, a layer containing a non-magnetic metal having an atomic number of 39 or more having d electrons or f electrons in the outermost shell.
  • the measuring unit 240 may be connected to the cap layer 60 instead of the second ferromagnetic layer 50.
  • the power supply 230 is connected to the first end and the second end of the third base layer 23.
  • the power supply 230 gives a potential difference in the in-plane direction between one end (first end) of the third base layer 23 and the end opposite to the first end (second end).
  • the measuring unit 240 measures the resistance value of the magnetoresistive element 101 in the stacking direction.
  • the first ferromagnetic layer 30 is a magnetization free layer and the second ferromagnetic layer 50 is a magnetization fixed layer.
  • a current flows along the third base layer 23.
  • a spin Hall effect is generated by spin-orbit interaction.
  • the spin Hall effect is a phenomenon in which a moving spin is bent in a direction orthogonal to the current flow direction.
  • the spin Hall effect creates uneven distribution of spins in the third base layer 23 and induces a spin flow in the thickness direction of the third base layer 23.
  • Spins are injected from the third base layer 23 into the first ferromagnetic layer 30 by a spin current.
  • the spin injected into the first ferromagnetic layer 30 gives spin-orbit torque (SOT) to the magnetization of the first ferromagnetic layer 30.
  • the first ferromagnetic layer 30 receives spin-orbit torque (SOT) and reverses its magnetization.
  • SOT spin-orbit torque
  • the resistance value in the lamination direction of the magnetoresistive element 101 changes.
  • the resistance value of the magnetoresistive element 101 in the stacking direction is read out by the measuring unit 240. That is, the magnetic recording element 203 shown in FIG. 5 is a spin-orbit torque (SOT) type magnetic recording element.
  • the application of the Roysler alloy according to the present embodiment represented by the above general formula (1) is not limited to the magnetoresistive element.
  • the Whistler alloy of the present embodiment can also be applied as a material for, for example, a ferromagnetic layer of a spin current magnetization rotating element and a magnetic layer having a magnetic wall of a domain wall moving element.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the spin current magnetization rotating element according to Application Example 4.
  • the spin current magnetization rotating element 300 is obtained by removing the non-magnetic metal layer 40, the second ferromagnetic layer 50, and the cap layer 60 from the magnetic recording element 203 shown in FIG.
  • the first ferromagnetic layer 30 is an isoatomic quaternary Heusler alloy represented by the above general formula (1).
  • the spin current magnetization rotating element 300 can be used as an optical element utilizing the magnetic car effect or the magnetic Faraday effect.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the domain wall moving element (domain wall moving magnetic recording element) according to Application Example 5.
  • the domain wall moving type magnetic recording element 400 has a first ferromagnetic layer 401, a second ferromagnetic layer 402, a non-magnetic layer 403, a first magnetization fixing layer 404, and a second magnetization fixing layer 405.
  • the direction in which the first ferromagnetic layer 401 extends is the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction is the Y direction
  • the direction perpendicular to the XY plane is the Z direction.
  • the non-magnetic layer 403 is sandwiched between the first ferromagnetic layer 401 and the second ferromagnetic layer 402 in the Z direction.
  • the first magnetization fixing layer 404 and the second magnetization fixing layer 405 are connected to the first ferromagnetic layer 401 at positions sandwiching the second ferromagnetic layer 402 and the non-magnetic layer 403 in the X direction.
  • the first ferromagnetic layer 401 is a layer capable of magnetically recording information by changing the internal magnetic state.
  • the first ferromagnetic layer 401 has a first magnetic domain 401A and a second magnetic domain 401B inside.
  • the magnetization at a position overlapping the first magnetization fixing layer 404 or the second magnetization fixing layer 405 in the Z direction is fixed in one direction.
  • the magnetization at the position where it overlaps with the first magnetization fixing layer 404 in the Z direction is fixed in the + Z direction, for example, and the magnetization at the position where it overlaps with the second magnetization fixing layer 405 in the Z direction is fixed in the ⁇ Z direction, for example.
  • the domain wall DW is formed at the boundary between the first magnetic domain 401A and the second magnetic domain 401B.
  • the first ferromagnetic layer 401 can have a domain wall DW inside.
  • the domain wall moving type magnetic recording element 400 can record data in multiple values or continuously depending on the position of the domain wall DW of the first ferromagnetic layer 401.
  • the data recorded on the first ferromagnetic layer 401 is read out as a change in the resistance value of the domain wall moving magnetic recording element 400 when a read-out current is applied.
  • the ratio of the first magnetic domain 401A and the second magnetic domain 401B in the first ferromagnetic layer 401 changes as the domain wall DW moves.
  • Magnetization M 402 of the second ferromagnetic layer 402 is, for example, the same direction as the magnetization M 401A of the first magnetic domain 401A (parallel), a magnetization M 401B in the opposite direction of the second magnetic domain 401B (antiparallel).
  • the domain wall DW moves in the + X direction and the area of the first magnetic domain 401A in the portion overlapping with the second ferromagnetic layer 402 in the plan view from the z direction becomes large, the resistance value of the domain wall moving magnetic recording element 400 becomes low. ..
  • the domain wall DW moves by passing a write current in the X direction of the first ferromagnetic layer 401 or by applying an external magnetic field.
  • a write current for example, a current pulse
  • electrons flow in the ⁇ X direction opposite to the current, so that the domain wall DW moves in the ⁇ X direction.
  • a current flows from the first magnetic domain 401A to the second magnetic domain 401B
  • the electrons spin-polarized in the second magnetic domain 401B reverse the magnetization M 401A of the first magnetic domain 401A.
  • magnetization M 401A of the first magnetic domain 401A is magnetization reversal, the domain wall DW is moved in the -X direction.
  • the domain wall moving type magnetic recording element 400 preferably has a large MR ratio and a large RA.
  • the MR ratio of the domain wall moving type magnetic recording element 400 is large, the difference between the maximum value and the minimum value of the resistance value of the domain wall moving type magnetic recording element 400 becomes large, and the reliability of the data is improved. Further, if the RA of the domain wall moving type magnetic recording element 400 is large, the moving speed of the domain wall DW becomes slow, and data can be recorded in a more analog manner.
  • the Whistler alloy represented by the above general formula (1) As the material of the first ferromagnetic layer 401, for example, the Whistler alloy represented by the above general formula (1) is used. As described above, the magnetoresistive element using the Whistler alloy represented by the above general formula (1) has a large MR ratio and a large RA. By using the Whistler alloy represented by the above general formula (1) as the material of the first ferromagnetic layer 401, the MR ratio and RA of the domain wall moving magnetic recording element 400 can be increased.
  • the second ferromagnetic layer 402 is, for example, a metal selected from the group consisting of Cr, Mn, Co, Fe and Ni, an alloy containing at least one of these metals, and at least these metals and B, C, and N.
  • An alloy or the like containing one or more kinds of elements can be used. Specific examples thereof include Co-Fe, Co-Fe-B, and Ni-Fe.
  • a Whistler alloy represented by the above general formula (1) may be used as the material of the second ferromagnetic layer 402.
  • the same material as the above-mentioned non-magnetic metal layer 40 can be used.
  • the same material as the second ferromagnetic layer 402 can be used for the first magnetization fixing layer 404 and the second magnetization fixing layer 405.
  • the first magnetization fixing layer 404 and the second magnetization fixing layer 405 may have a SAF structure.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of the domain wall moving element (magnetic wire device) according to Application Example 6.
  • the magnetic wire device 500 includes a magnetic recording medium 510, a magnetic recording head 520, and a pulse power supply 530.
  • the magnetic recording head 520 is provided at a predetermined position on the magnetic recording medium 510.
  • the pulse power supply 530 is connected to the magnetic recording medium 510 so that a pulse current can be applied in the in-plane direction of the magnetic recording medium 510.
  • one direction in which the magnetic recording medium 510 extends is the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction is the Y direction
  • the direction perpendicular to the XY plane is the Z direction.
  • the magnetic recording medium 510 has a magnetic thin wire 511, a base layer 512, and a substrate 513.
  • the base layer 512 is laminated on the substrate 513, and the magnetic thin wire 511 is laminated on the base layer 512.
  • the magnetic thin wire 511 is a thin wire having a length in the X direction longer than a width in the Y direction.
  • the magnetic thin wire 511 is formed of a magnetic material capable of forming a magnetic domain in a part in the longitudinal direction having a magnetization direction different from that in the other part.
  • the thin magnetic wire 511 has, for example, a first magnetic domain 511A and a second magnetic domain 511B. Magnetization M 511B of the second magnetic domain 511B is aligned in a direction different from the magnetization M 511A of the first magnetic domain 511A.
  • a domain wall DW is formed between the first magnetic domain 511A and the second magnetic domain 511B.
  • the second magnetic domain 511B is generated by the magnetic recording head 520.
  • the magnetic wire device 500 intermittently shifts the magnetic domain wall DW of the magnetic wire 511 by the pulse current supplied from the pulse power supply 530, and uses the magnetic field generated by the magnetic recording head 520 or the spin injection magnetization reversal to use the magnetic wire. Data is written by changing the position of the second magnetic domain 511B of 511.
  • the data written in the magnetic wire device 500 can be read out by utilizing the change in magnetic resistance or the change in magneto-optical.
  • a ferromagnetic layer is provided with a non-magnetic layer sandwiched at a position facing the magnetic thin wire 511. The change in magnetoresistance occurs due to the difference in the relative angle between the magnetization of the ferromagnetic layer and the magnetization of the magnetic thin wire 511.
  • the material of the magnetic thin wire 511 As the material of the magnetic thin wire 511, a Whistler alloy represented by the above general formula (1) is used. As a result, the RA of the magnetic wire device 500 can be increased.
  • ferrite which is an oxide insulator, more specifically, soft ferrite as at least a part of the material.
  • soft ferrite Mn—Zn ferrite, Ni—Zn ferrite, Mn—Ni ferrite, and Ni—Zn—Co ferrite can be used. Since soft ferrite has a high magnetic permeability, the magnetic flux of the magnetic field generated by the magnetic recording head 520 is concentrated, so that the second magnetic domain 511B can be efficiently formed.
  • the substrate 513 the same material as the substrate 10 described above can be used.
  • FIG. 9 is a perspective view of the domain wall moving element (domain wall moving spatial light modulator) according to Application Example 7.
  • the domain wall moving type spatial light modulator 600 has a first magnetization fixing layer 610, a second magnetization fixing layer 620, and an optical modulation layer 630.
  • one direction in which the optical modulation layer 630 extends is the X direction
  • the direction perpendicular to the X direction is the Y direction
  • the direction perpendicular to the XY plane is the Z direction.
  • the magnetization M 610 of the first magnetization pinned layer 610 and the magnetization M 620 of the second magnetization pinned layer 620 are oriented in different directions.
  • the magnetization M 610 of the first magnetization fixed layer 610 is oriented in the + Z direction
  • the magnetization M 620 of the second magnetization fixed layer 620 is oriented in the ⁇ Z direction.
  • the optical modulation layer 630 can be divided into overlapping regions 631, 636, initial magnetic domain regions 632, 635, and magnetic domain change regions 633, 634.
  • the superimposing region 631 is a region overlapping the first magnetization fixed layer 610 in the Z direction
  • the superimposing region 636 is a region overlapping the second magnetization fixing layer 620 in the Z direction.
  • the magnetization M 631 of the superimposing region 631 is fixed in the + Z direction, for example, under the influence of the leakage magnetic field from the first magnetization fixing layer 610.
  • the magnetization M 636 of the superimposition region 636 is fixed in the ⁇ Z direction, for example, under the influence of the leakage magnetic field from the second magnetization fixing layer 620.
  • the initial magnetic domain regions 632 and 635 are regions in which the magnetization is fixed in a direction different from that of the superimposed regions 631 and 636 under the influence of the leakage magnetic field from the first magnetization fixing layer 610 or the second magnetization fixing layer 620.
  • Magnetization M 632 of the initial magnetic domain region 632, under the influence of the leakage magnetic field from the first magnetization pinned layer 610 is fixed, for example, in the -Z direction.
  • Magnetization M 635 of the initial magnetic domain region 635, under the influence of the leakage magnetic field from the second magnetization pinned layer 620 is fixed, for example, the + Z direction.
  • the magnetic domain change regions 633 and 634 are regions where the domain wall DW can move.
  • the magnetization M 633 of the magnetic domain change region 633 and the magnetization M 634 of the magnetic domain change region 634 are oriented in opposite directions with the domain wall DW in between.
  • Magnetization M 634 of the magnetic domain change region 634 under the influence of the leakage magnetic field of the initial magnetic domain region 635, are fixed to, for example, the + Z direction.
  • the boundary between the magnetic domain change region 633 and the magnetic domain change region 634 is the domain wall DW.
  • the domain wall DW moves by passing a write current in the X direction of the optical modulation layer 630 or by applying an external magnetic field.
  • the domain wall moving type spatial light modulator 600 changes the position of the domain wall DW while intermittently moving the domain wall DW. Then, the light L1 is incident on the light modulation layer 630, and the light L2 reflected by the light modulation layer 630 is evaluated. The deflection state of the light L2 reflected at the portion where the orientation direction of the magnetization is different is different.
  • the domain wall moving type spatial light modulator 600 can be used as an image display device utilizing the difference in the deflection state of the light L2.
  • the material of the photomodulation layer 630 As the material of the photomodulation layer 630, a Whistler alloy represented by the above general formula (1) is used. As a result, the RA of the domain wall moving type spatial light modulator 600 can be increased, and the moving speed of the domain wall DW can be slowed down. As a result, the position of the domain wall DW can be controlled more precisely, and a higher-definition image display becomes possible.
  • first magnetization fixing layer 610 and the second magnetization fixing layer 620 the same materials as the above-mentioned first magnetization fixing layer 404 and the second magnetization fixing layer 405 can be used.
  • the magnetoresistive element 101 shown in FIG. 1 was manufactured as follows. The structure of each layer is as follows. Substrate 10: MgO single crystal substrate, thickness 0.5 mm Base layer 20: First base layer 21: MgO layer, thickness 10 nm Second base layer 22: CoFe layer, thickness 10 nm Third base layer 23: Ag layer, thickness 100 nm First ferromagnetic layer 30: CoFeCrGa layer, thickness 10 nm Non-magnetic metal layer 40: Ag layer, thickness 5 nm Second ferromagnetic layer 50: CoFeCrGa layer, thickness 8 nm Cap layer 60: Ru layer, thickness 5 nm
  • the first base layer 21 (MgO layer) was formed by heating the substrate 10 to 600 ° C. and forming a film by an electron beam vapor deposition method. The substrate on which the first base layer 21 was formed was held at 600 ° C. for 15 minutes and then allowed to cool to room temperature.
  • a second base layer 22 (CoFe layer) was formed on the first base layer 21 by a sputtering method.
  • a third base layer 23 (Ag layer) was formed on the second base layer 22 by a sputtering method to form a base layer 20.
  • the substrate 10 on which the base layer 20 was formed was heated at 300 ° C. for 15 minutes, and then allowed to cool to room temperature.
  • the first ferromagnetic layer 30 (CoFeCrGa layer) was formed on the base layer 20 formed on the substrate 10.
  • the first ferromagnetic layer 30 was formed by a sputtering method using a CoFeCrGa alloy target as a target.
  • a non-magnetic metal layer 40 (Ag layer) was formed on the first ferromagnetic layer 30 by a sputtering method.
  • a second ferromagnetic layer 50 (CoFeCrGa layer) was formed on the non-magnetic metal layer 40 in the same manner as the first ferromagnetic layer 30.
  • the substrate 10 on which the second ferromagnetic layer 50 was formed was heated at 550 ° C. for 15 minutes and then allowed to cool to room temperature.
  • a cap layer 60 (Ru layer) was formed on the second ferromagnetic layer 50 formed on the substrate 10 by an electron beam deposition method. In this way, the magnetoresistive element 101 shown in FIG. 1 was manufactured.
  • the crystal structure of the first ferromagnetic layer 30 was determined by thin film X-ray diffraction (out-of-plane XRD and in-plane XRD). As a result, the space group of the first ferromagnetic layer 30 was determined to be F-43 m.
  • Examples 2 to 4, Comparative Example 1 The magnetoresistive element 101 was produced in the same manner as in Example 1 except that the compositions of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 were changed to the compositions shown in Table 1 below. The compositions of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 were adjusted by changing the composition of the target. Further, a sample for determining the crystal structure was prepared in the same manner as in Example 1 except that the composition of the first ferromagnetic layer 30 was changed. As a result, the space group of the first ferromagnetic layer 30 of Examples 2 to 4 was determined to be F-43 m. On the other hand, the space group of the first ferromagnetic layer 30 of Comparative Example 1 was determined to be Fm-3m.
  • a first full-Whisler alloy layer 31 (Co 2 MnSi layer) is formed with a thickness of 4 nm on the base layer 20 formed on the substrate 10, and then a first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32 (CoFeCrGa layer) is formed.
  • the first ferromagnetic layer 30 was formed to have a thickness of 6 nm.
  • a second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 (CoFeCrGa layer) is formed on the non-magnetic metal layer 40 with a thickness of 5 nm, and then a second full- Whisler alloy layer 51 (Co 2 MnSi layer) is formed at 3 nm.
  • the second ferromagnetic layer 50 was formed to have a thickness. Except for the above points, the magnetoresistive element 102 shown in FIG. 2 was manufactured in the same manner as in Example 1.
  • the first full-Whisler alloy layer 31 and the second full-Whisler alloy layer 51 were formed by a sputtering method using a Co 2 MnSi target.
  • the first isoatomic quaternary Heusler alloy layer 32 and the second isoatomic quaternary Heusler alloy layer 52 were formed by a sputtering method using a CoFeCrGa layer target.
  • Example 6 to 10 The thickness of the first full-Whisler alloy layer 31, the first isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 32, the second isoatomic quaternary Hoisler alloy layer 52, and the second full-Whisler alloy layer 51 was changed to the thickness shown in Table 1.
  • the magnetoresistive element 102 shown in FIG. 2 was manufactured in the same manner as in Example 5 except for the above.
  • the numerical values in parentheses in Table 1 are the film thickness of each layer.
  • microfabrication techniques such as EB lithography and ion milling were used to form a joint suitable for measurement.
  • the voltage applied to the magnetic resistance effect elements 101 and 102 is measured by a voltmeter while sweeping the magnetic field from the outside to the magnetic resistance effect element 101.
  • changes in the resistance values of the magnetic resistance effect elements 101 and 102 were measured.
  • the resistance value when the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 are parallel, and the resistance when the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 are antiparallel.
  • the MR ratio was measured at 300 K (room temperature).
  • MR ratio (%) (R AP -R P) / R P ⁇ 100
  • R P is the resistance value when the magnetization directions are parallel with the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50
  • R AP includes a first ferromagnetic layer 30 the magnetization of the second ferromagnetic layer 50 This is the resistance value when the directions of are antiparallel.
  • RA is a resistor R P when the magnetization directions of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 are parallel, was determined by the product of the area A of the joint portion formed by microfabrication.
  • the magnetic resistance effect elements 101 and 102 of Examples 1 to 10 in which at least one of the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 contains an equiatomic quaternary Heusler alloy are the first. It can be seen that both the ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 show large values in RA and MR ratios as compared with the magnetic resistance effect element of Comparative Example 1 made of a full-Whisler alloy. In particular, the magnetoresistive elements 101 and 102 of Examples 1, 2, 5 to 10 containing an isoatomic quaternary Whistler alloy containing no Mn improved the MR ratio.
  • magnetoresistive elements 101 and 102 of Examples 5 to 10 in which both the first ferromagnetic layer 30 and the second ferromagnetic layer 50 include an isoatomic quaternary Whistler alloy and a full Whistler alloy have improved MR ratios. bottom.
  • measuring unit 300 ... spin current magnetization rotating element , 400 ... Magnetic wall moving type magnetic recording element, 401 ... First ferromagnetic layer, 402 ... Second ferromagnetic layer, 403 ... Non-magnetic layer, 404 ... First magnetization fixed layer, 405 ... Second magnetization fixed layer, 500 ... Magnetic wire device, 510 ... Magnetic recording medium, 511 ... Magnetic wire, 511A ... First magnetic zone, 511B ... Second magnetic zone, 512 ... Underlayer, 513 ... Substrate, 520 ... Magnetic recording head, 530 ... Pulse power supply, 600 ... Magnetic wall Mobile spatial optical modulator, 610 ... 1st magnetized fixed layer, 620 ... 2nd magnetized fixed layer, 630 ... optical modulation layer, 631, 636 ... superposed region, 632, 635 ... initial magnetic zone region, 633, 634 ... magnetic zone change Area, DW ... Magnetic wall

Abstract

本実施形態に係る磁気抵抗効果素子（101）は、第１強磁性層（30）と、第２強磁性層（50）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金属層（40）と、を備え、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方が、等原子４元ホイスラー合金を含む。

Description

磁気抵抗効果素子
　本発明は、磁気抵抗効果素子に関する。
　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金属層とを備える。非磁性金属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）素子と言われる。ＧＭＲを記述する式としては、アップスピンとダウンスピンの電気輸送特性を並列回路でモデル化した２流体モデル（通称Ｖａｌｅｔ　Ｆｅｒｔ　ｍｏｄｅｌ）が広く知られている。この式によれば、ＧＭＲを増大させるには、強磁性層のバルクスピン非対称性係数（β）を上げる必要があり、このような材料としてフルホイスラー合金が知られている（非特許文献１）。
PHYSICAL REVIEW B, VOLUME 48, NUMBER 10,7099(Valet and Vert)
　フルホイスラー合金を強磁性層に適用したＧＭＲ素子は多数報告されているが、ＭＲ比（磁気抵抗変化率）は室温で高々８０％程度に留まっている。この値は、例えば次世代ＨＤＤ読み取り素子の要求スペックである２Ｔｂｐｓｉを満たす上ではややもの足りず、さらなるＭＲ比の向上と共にＲＡ（面積抵抗）の向上が求められている。しかしながら、フルホイスラー合金を強磁性層に適用して、ＭＲ比とＲＡの両者を向上させるのは困難になってきている。
　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比とＲＡを向上できる磁気抵抗効果素子を提供することを目的とする。
　　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金属層と、を備え、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方が、等原子４元ホイスラー合金を含む。
（２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記等原子４元ホイスラー合金は、下記の一般式（１）で表される合金を含む構成とされていてもよい。
　ＸＸ’ＹＺ　・・・（１）
（式（１）中、Ｘ、Ｘ’、Ｙ及びＺは、それぞれ異なる金属元素を表し、Ｘは、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表し、Ｘ’はＶ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表し、ＹはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎのうちのいずれか一つを表し、ＺはＳｉ，Ａｌ，Ａｓ，Ｇｅ，Ｇａのうちのいずれか一つを表す。）
（３）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記Ｘは、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表し、前記Ｘ’はＶ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表し、前記ＹはＴｉ，Ｖ，Ｃｒのうちのいずれか一つを表す構成とされていてもよい。
（４）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が少ない方の金属元素の含有量を１モルとしたときに、前記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が多い方の金属元素の含有量が１．０５モル以下であり、前記Ｙで表される金属元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下であって、前記Ｚで表される元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下である構成とされていてもよい。
（５）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記等原子４元ホイスラー合金の空間群は、Ｆ－４３ｍである構成とされていてもよい。
（６）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記等原子４元ホイスラー合金は原子配列が不規則化している構成とされていてもよい。
（７）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方は、フルホイスラー合金を含む構成とされていてもよい。
（８）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方は、前記等原子４元ホイスラー合金を含む層と前記フルホイスラー合金を含む層との積層体である構成とされていてもよい。
（９）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記フルホイスラー合金を含む層の膜厚は、前記等原子４元ホイスラー合金を含む層の膜厚より厚い構成とされていてもよい。
（１０）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記フルホイスラー合金は、下記の一般式（２）で表される合金を含む構成とされていてもよい。
　Ｃｏ２ＸαＹβ　・・・（２）
（式（２）中、Ｘは、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒのうちの少なくても一つの金属元素を表し、Ｙは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅのうちの少なくても一つの金属元素を表し、αおよびβは、２＜α＋β＜２．６を満足する数を表す。）
（１１）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記非磁性金属層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒを含む構成とされていてもよい。
（１２）上記態様にかかる磁気抵抗効果素子において、前記非磁性金属層と前記第１強磁性層との間および前記非磁性金属層と前記第２強磁性層との間の少なくともいずれか一方には、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。
　本発明によれば、大きなＭＲ比を実現できる磁気抵抗効果素子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。 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。 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。
　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、非磁性金属層４０と、第２強磁性層５０と、キャップ層６０とがこの順で積層された積層体である。非磁性金属層４０は、第１強磁性層３０と第２強磁性層５０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５０は磁性体である。第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０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５０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５０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５０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５０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５０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５０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５０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５０との保磁力の違いにより生じる。例えば、第２強磁性層５０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５０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の非磁性金属層４０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５０の少なくともいずれか一方が、等原子４元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５０の少なくともいずれか一方が等原子４元ホイスラー合金からなることが好ましい。４元ホイスラー合金は、ホイスラー合金の四つのサイトをそれぞれ占める主要な元素がそれぞれ異なる合金である。なお、第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０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５０以外の他の層を構成する元素、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ｔａ、Ｂ、Ｃを含む。
　等原子４元ホイスラー合金は、下記の一般式（１）で表される合金であることが好ましい。
　ＸＸ’ＹＺ　・・・（１）
　式（１）中、Ｘ、Ｘ’、Ｙ及びＺは、それぞれ異なる金属元素を表し、Ｘは、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表し、Ｘ’はＶ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表し、ＹはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎのうちのいずれか一つを表し、ＺはＳｉ，Ａｌ，Ａｓ，Ｇｅ，Ｇａのうちのいずれか一つを表す。上記Ｘは、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表すことが好ましい。上記Ｘ’はＶ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表することが好ましい。上記ＹはＴｉ，Ｖ，Ｃｒのうちのいずれか一つを表すことが好ましい。等原子４元ホイスラー合金の具体例としては、ＣｏＦｅＣｒＧａ、ＣｏＦｅＣｒＡｌ、ＣｏＦｅＣｒＳｉ、ＣｏＦｅＣｒＧｅ、ＣｏＦｅＭｎＧａ、ＣｏＦｅＭｎＡｌ、ＣｏＦｅＭｎＳｉ、ＣｏＦｅＭｎＧｅ、ＦｅＭｎＣｒＡｓ、ＣｏＦｅＶＳｉ、ＣｏＭｎＶＡｓ、ＣｏＭｎＣｒＡｓ、ＣｏＦｅＶＡｓ、ＣｏＦｅＣｒＡｓ、ＣｏＦｅＭｎＡｓを挙げることができる。これらの等原子４元ホイスラー合金の中では、Ｍｎを含まないものが好ましい。
　上記で表される金属元素と上記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が少ない方の金属元素の含有量を１モルとしたときに、上記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が多い方の金属元素の含有量が１．０５モル以下であり、上記Ｙで表される金属元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下であって、上記Ｚで表される元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下であることが好ましい。
　上記Ｘ、Ｘ’、Ｙ及びＺで表される金属元素のモル数をＭＸ、ＭＸ’、ＭＹ及びＭＺで表すと、ＭＸ、ＭＸ’、ＭＹ及びＭＺは、例えば、下記の関係にあることが好ましい。ＭＸ＝ＭＸ’の場合、０．９５×ＭＸ≦ＭＹ≦１．０５×ＭＸであって、０．９５×ＭＸ≦ＭＺ≦１．０５×ＭＸである。ＭＸ＜ＭＸ’の場合、ＭＸ’≦１．０５×ＭＸであって、０．９５×ＭＸ≦ＭＹ≦１．０５×ＭＸであり、０．９５×ＭＸ≦ＭＺ≦１．０５×ＭＸである。ＭＸ＞ＭＸ’の場合、ＭＸ≦１．０５×ＭＸ’であって、０．９５×ＭＸ’≦ＭＹ≦１．０５×ＭＸ’であり、０．９５×ＭＸ’≦ＭＺ≦１．０５×ＭＸ’である。
　等原子４元ホイスラー合金の組成は、蛍光Ｘ線分析（ＸＲＦ）や誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）発光分光分析を用いて同定することができる。また、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＳ）を用いることもできる。
　等原子４元ホイスラー合金の空間群は、Ｆ－４３ｍであることが好ましい。等原子４元ホイスラー合金の空間群は、例えば、Ｘ線回折法によって確認することができる。Ｘ線回折法は、面直測定（ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ）と面内測定（ｉｎ－ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ）を行えばよい。また併せて、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いて原子配列を直接確認してもよい。
　また、等原子４元ホイスラー合金は原子配列が不規則化していることが好ましい。等原子４元ホイスラー合金は原子配列が不規則化しているとは、Ｘ、Ｘ’、Ｙ、Ｚで表されるそれぞれ金属元素が、その他の金属元素に置換されていることを意味する。原子配列の不規則化の度合いは、一例として、Ｘ線回折のピーク強度を使って見積もることができる。ここで、ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ　ＸＲＤの場合、（００２）面のピーク強度をＩ（００２）、（００４）面のピーク強度をＩ（００４）としたときのピーク強度比をＩ（００２）／Ｉ（００４）とする。また、ｉｎ－ｐｌａｎｅ　ＸＲＤの場合、（１１１）面のピーク強度をＩ（１１１）、（２２０）面のピーク強度をＩ（２２０）としたときのピーク強度比をＩ（１１１）／Ｉ（２２０）とする。原子配列が不規則化の度合いとしては、Ｉ（００２）／Ｉ（００４）が０．０１以上０．３以下、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）が０．０１以上０．０７以下、の少なくともいずれか一方を満たすことが好ましい。さらには、Ｉ（００２）／Ｉ（００４）が０．０５以上０．２以下、Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）が０．０２以上０．０５以下、の少なくともいずれか一方を満たすことがより好ましい。
　第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０の少なくともいずれか一方は、フルホイスラー合金を含んでいてもよい。第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０のいずれか一方がフルホイスラー合金からなる構成であってもよいし、第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０のいずれか一方が、等原子４元ホイスラー合金とフルホイスラー合金とを含む構成であってもよい。等原子４元ホイスラー合金とフルホイスラー合金と含む構成は、等原子４元ホイスラー合金の層とフルホイスラー合金の層とが積層された構成であってもよい。この場合、等原子４元ホイスラー合金の層とフルホイスラー合金の層は直接積層されていてもよいし、スペーサ層を挟むように配置されていてもよい。
　フルホイスラー合金は、下記の一般式（２）で表される合金であることが好ましい。
　Ｃｏ２ＸαＹβ　・・・（２）
　式（２）中、Ｘは、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒのうちの少なくても一つの金属元素を表し、Ｙは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅのうちの少なくても一つの金属元素を表し、αおよびβは、２＜α＋β＜２．６を満足する数を表す。
　非磁性金属層４０は、例えば、厚みが１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。非磁性金属層４０は、第１強磁性層３０と第２強磁性層５０とを磁気的に分離する。
（非磁性金属層）
　非磁性金属層４０は、非磁性の金属を含む。非磁性金属層４０は、非磁性の金属からなることが好ましい。ただし、非磁性金属層は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、非磁性金属層４０以外の他の層を構成する元素を含む。非磁性金属層４０の材料は、例えば、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｒ等である。非磁性金属層４０は、主の構成元素として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。非磁性金属層４０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。
　第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０は、例えば、厚みが１ｎｍ以上１５ｎｍ以下の範囲内であり、好ましくは２ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内である。第１強磁性層３０の膜厚は、第２強磁性層５０の膜厚よりも厚いことが好ましい。
（キャップ層）
　キャップ層６０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６０は、第２強磁性層５０を保護するために設けられる。キャップ層６０は、第２強磁性層５０からの原子の拡散を抑制する。またキャップ層６０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６０を有すると、第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０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６０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６０は、例えば、Ｒｕ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔａ、Ｐｄ、Ｔｉ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。
　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、非磁性金属層４０、第２強磁性層５０、キャップ層６０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。
　また下地層２０の形成後、あるいは第２強磁性層５０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。
　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。
　本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１によれば、第１強磁性層３０および第２強磁性層５０の少なくともいずれか一方が、等原子４元ホイスラー合金を含むので、高いスピン偏極率を維持しながら第１強磁性層３０および第２強磁性層５０のいずれか一方の比抵抗を高くすることが可能となる。従って、△ＲＡを上げることが可能となり、ＭＲ比の向上も実現できる。
　　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１において、等原子４元ホイスラー合金が上記の一般式（１）で表される合金である場合は、ＭＲ比とＲＡとがより向上する。特に上記一般式（１）のＸが、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表し、Ｘ’がＶ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表し、ＹがＴｉ，Ｖ，Ｃｒのうちのいずれか一つである場合は、ＭＲ比がさらに向上する。これは、等原子４元ホイスラー合金を構成する元素が、非磁性金属層４０に拡散しにくいためである。
　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１において、前記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が少ない方の金属元素の含有量を１モルとしたときに、前記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が多い方の金属元素の含有量が１．０５モル以下であり、前記Ｙで表される金属元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下であって、前記Ｚで表される元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下である場合は、第１強磁性層３０および第２強磁性層５０のいずれか一方のスピン偏極率をさらに上げることが可能となる。従って、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比がさらに向上する。
　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１において、等原子４元ホイスラー合金の空間群がＦ－４３ｍである場合は、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比がさらに向上する。
　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１において、等原子４元ホイスラー合金は原子配列が不規則化している場合は、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比がさらに向上する。
　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０１において、非磁性金属層４０がＣｕ、Ａｇ、Ｃｒを含む場合は、第１強磁性層３０および第２強磁性層５０と非磁性金属層４０とのフェルミ面のマッチングが向上する。従って、磁気抵抗効果素子１０１のＭＲ比がさらに向上する。
［第２実施形態］
　図２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１強磁性層３０が第１フルホイスラー合金層３１と第１等原子４元ホイスラー合金層３２の積層体とされていて、第２強磁性層５０が第２フルホイスラー合金層５１と第２等原子４元ホイスラー合金層５２との積層体とされている点において、図１に示す磁気抵抗効果素子１０１と異なる。このため、図２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１強磁性層３０の第１フルホイスラー合金層３１は下地層２０側に位置し、第１等原子４元ホイスラー合金層３２は非磁性金属層４０側に位置している。第２強磁性層５０の第２フルホイスラー合金層５１はキャップ層６０側に位置し、第２等原子４元ホイスラー合金層５２は非磁性金属層４０側に位置している。すなわち、非磁性金属層４０は、第１等原子４元ホイスラー合金層３２と第２等原子４元ホイスラー合金層５２の間に位置している。
　第１フルホイスラー合金層３１及び第２フルホイスラー合金層５１は、フルホイスラーを含む層である。フルホイスラーの例は第１実施形態の場合と同じである。第１フルホイスラー合金層３１及び第２フルホイスラー合金層５１は、フルホイスラーからなる層であることが好ましい。ただし、第１フルホイスラー合金層及び第２フルホイスラー合金層５１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フルホイスラー合金層３１及び第２フルホイスラー合金層５１以外の他の層を構成する元素を含む。第１フルホイスラー合金層３１及び第２フルホイスラー合金層５１の膜厚は、１ｎｍ以上１０ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。第１フルホイスラー合金層３１及び第２フルホイスラー合金層５１の膜厚はそれぞれ第１等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２よりも厚いことが好ましい。
　第１等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２は、等原子４元ホイスラーを含む層である。等原子４元ホイスラーの例は第１実施形態の場合と同じである。第１等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２は、等原子４元ホイスラーからなる層であることが好ましい。ただし、第１等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２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等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２以外の他の層を構成する元素を含む。第１等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２の膜厚は、１ｎｍ以上８ｎｍ以下の範囲内にあることが好ましい。
　本実施形態の磁気抵抗効果素子１０２は、第１強磁性層３０が第１等原子４元ホイスラー合金層３２を含み、第２強磁性層５０が第２等原子４元ホイスラー合金層５２を含むので、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。また、第１強磁性層３０が第１フルホイスラー合金層３１を含み、第２強磁性層５０が第２フルホイスラー合金層５１を含むので、第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０の飽和磁化を高くすることが可能となり、磁気的安定性を向上させることが可能となる。
　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０２では、第１フルホイスラー合金層３１と第１等原子４元ホイスラー合金層３２の積層体とされていて、第２フルホイスラー合金層５１と第２等原子４元ホイスラー合金層５２との積層体とされているので、等原子４元ホイスラー合金とフルホイスラー合金との界面における界面抵抗を上げることができ、△ＲＡを大きくすることができる。従って、磁気抵抗効果素子１０２のＭＲ比を向上させることが可能となる。
　また、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０２において、第１フルホイスラー合金層３１及び第２フルホイスラー合金層５１の膜厚はそれぞれ第１等原子４元ホイスラー合金層３２及び第２等原子４元ホイスラー合金層５２よりも厚い場合は、第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０の磁化安定性を向上させることができる。
　なお、本実施形態の磁気抵抗効果素子１０２において、第１強磁性層３０の第１フルホイスラー合金層３１と第１等原子４元ホイスラー合金層３２の位置、及び第２強磁性層５０の第２フルホイスラー合金層５１と第２等原子４元ホイスラー合金層５２の位置はこれに限定されるものではない。例えば、第１フルホイスラー合金層３１と第２フルホイスラー合金層５１を非磁性金属層４０側に配置してもよい。すなわち、非磁性金属層４０を、第１フルホイスラー合金層３１と第２フルホイスラー合金層５１の間に配置してもよい。
　また、第１強磁性層３０の第１フルホイスラー合金層３１と第１等原子４元ホイスラー合金層３２との間、及び第２フルホイスラー合金層５１と第２等原子４元ホイスラー合金層５２との間にスペーサ層を設けてもよい。スペーサ層の材料としては、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｒｅ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｕのグループから選ばれた少なくとも１種を含む非磁性材料から構成されてもよい。スペーサの厚みは０．３ｎｍ以上１．０ｎｍ以下であることが好ましい。この厚みに応じて、第１フルホイスラー合金層３１の磁化と第１等原子４元ホイスラー合金層３２の磁化、及び第２フルホイスラー合金層５１の磁化と第２等原子４元ホイスラー合金層５２の磁化を平行状態もしくは反平行状態に結合させることが可能となる。
　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、非磁性金属層４０と第１強磁性層３０との間および非磁性金属層４０と第２強磁性層５０との間の少なくともいずれか一方には、ＮｉＡｌ合金を含むＮｉＡｌ層が備えられていてもよい。この場合、第１強磁性層３０と非磁性金属層４０および第２強磁性層５０と非磁性金属層４０とのフェルミ面のマッチングをより向上させることが可能となる。従って、磁気抵抗効果素子のＭＲ比をさらに向上させることができる。
　ＮｉＡｌ層は、ＮｉＡｌ合金からなる層であることが好ましい。ＮｉＡｌ層は、不可避不純物を含んでいてもよい。不可避不純物は、ＮｉＡｌ層以外の他の層を構成する元素を含む。ＮｉＡｌ層はそれぞれ、厚みが０．２１ｎｍ以上０．６３ｎｍ以下であることが好ましい。厚みが厚くなりすぎると第１強磁性層３０（第２強磁性層５０）から第２強磁性層５０（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と非磁性金属層４０との格子不整合が低減し、非磁性金属層４０と第２強磁性層５０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。
　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３は、適用例１にかかる磁気記録装置の断面図である。図３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３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３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５０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５０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５０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３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５０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５０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５０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５０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５０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４は、適用例２にかかる磁気記録素子の断面図である。図４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４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５０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６０が導電性を有する場合は、第２強磁性層５０の代わりにキャップ層６０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５０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、非磁性金属層４０を介して、第２強磁性層５０に至る。第２強磁性層５０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５０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５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５は、適用例３にかかる磁気記録素子の断面図である。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５０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６０が導電性を有する場合は、第２強磁性層５０の代わりにキャップ層６０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５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５０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５０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５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６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６に示す磁気記録素子２０３から非磁性金属層４０、第２強磁性層５０及びキャップ層６０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）で表される等原子４元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７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７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７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、上記の非磁性金属層４０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８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８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８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９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９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９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：ＣｏＦｅＣｒＧａ層、厚み１０ｎｍ
　非磁性金属層４０：Ａｇ層、厚み５ｎｍ
　第２強磁性層５０：ＣｏＦｅＣｒＧａ層、厚み８ｎｍ
　キャップ層６０：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（ＣｏＦｅＣｒＧａ層）を成膜した。第１強磁性層３０の成膜は、ターゲットとして、ＣｏＦｅＣｒＧａ合金ターゲットを用いたスパッタリング法により行った。
　次に、第１強磁性層３０の上に、非磁性金属層４０（Ａｇ層）をスパッタリング法により成膜した。次いで、非磁性金属層４０の上に、第２強磁性層５０（ＣｏＦｅＣｒＧａ層）を第１強磁性層３０と同様に成膜した。第２強磁性層５０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５０の上に、キャップ層６０（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。
　また、第１強磁性層３０の結晶構造決定のため、下記の膜構成の結晶構造決定用サンプルを作製した。
　基板１０：ＭｇＯ単結晶基板、厚み０．５ｍｍ
　下地層２０：ＭｇＯ層、厚み１０ｎｍ
　第１強磁性層３０：ＣｏＦｅＣｒＧａ層、厚み３０ｎｍ
　キャップ層６０：Ｒｕ層、厚み２ｎｍ
　得られた結晶構造決定用サンプルを用いて、薄膜Ｘ線回折（ｏｕｔ－ｏｆ－ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ、及び、ｉｎ－ｐｌａｎｅ　ＸＲＤ）にて、第１強磁性層３０の結晶構造を決定した。その結果、第１強磁性層３０の空間群はＦ－４３ｍと決定された。
［実施例２～４、比較例１］
　第１強磁性層３０及び第２強磁性層５０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５０の組成は、ターゲットの組成を変えることにより調整した。また、結晶構造決定用サンプルを、第１強磁性層３０の組成を変えたこと以外は実施例１と同様にして作製した。その結果、実施例２～４の第１強磁性層３０の空間群はＦ－４３ｍと決定された。一方、比較例１の第１強磁性層３０の空間群はＦｍ－３ｍと決定された。
［実施例５］
　基板１０に成膜した下地層２０の上に、第１フルホイスラー合金層３１（Ｃｏ２ＭｎＳｉ層）を４ｎｍの厚みで形成し、次いで第１等原子４元ホイスラー合金層３２（ＣｏＦｅＣｒＧａ層）を６ｎｍの厚みで形成して第１強磁性層３０を成膜した。また、非磁性金属層４０の上に、第２等原子４元ホイスラー合金層５２（ＣｏＦｅＣｒＧａ層）を５ｎｍの厚みで形成し、次いで第２フルホイスラー合金層５１（Ｃｏ２ＭｎＳｉ層）を３ｎｍの厚みで形成して第２強磁性層５０を成膜した。以上の点以外は、実施例１と同様にして、図２に示す磁気抵抗効果素子１０２を作製した。第１フルホイスラー合金層３１および第２フルホイスラー合金層５１は、Ｃｏ２ＭｎＳｉターゲットを用いたスパッタリング法により形成した。第１等原子４元ホイスラー合金層３２および第２等原子４元ホイスラー合金層５２は、ＣｏＦｅＣｒＧａ層ターゲットを用いたスパッタリング法により形成した。
［実施例６～１０］
　第１フルホイスラー合金層３１、第１等原子４元ホイスラー合金層３２、第２等原子４元ホイスラー合金層５２、第２フルホイスラー合金層５１の膜厚を表１に示す厚みに変えたこと以外は、実施例５と同様にして図２に示す磁気抵抗効果素子１０２を作製した。なお、表１の括弧内の数値は、各層の膜厚である。
（評価）
　実施例１～１０及び比較例１で作製した磁気抵抗効果素子１０１、１０２のＭＲ比（磁気抵抗変化率）とＲＡ（面積抵抗）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、１０２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、１０２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、１０２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５０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５０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５０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５０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５０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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表１の結果から、第１強磁性層３０および第２強磁性層５０の少なくともいずれか一方が等原子４元ホイスラー合金を含む実施例１～１０の磁気抵抗効果素子１０１、１０２は、第１強磁性層３０および第２強磁性層５０の両方がフルホイスラー合金からなる比較例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。特に、Ｍｎを含まない等原子４元ホイスラー合金を含む実施例１、２、５～１０の磁気抵抗効果素子１０１、１０２はＭＲ比が向上した。さらに、第１強磁性層３０および第２強磁性層５０の両方が、等原子４元ホイスラー合金とフルホイスラー合金とを含む実施例５～１０の磁気抵抗効果素子１０１、１０２はＭＲ比が向上した。
　１０１、１０２…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、３０…第１強磁性層、３１…第１フルホイスラー合金層、３２…第１等原子４元ホイスラー合金層、４０…非磁性金属層、５０…第２強磁性層、５１…第２等原子４元ホイスラー合金層、５２…第２フルホイスラー合金層、６０…キャップ層、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 (12)

  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金属層と、を備え、
    　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方が、等原子４元ホイスラー合金を含む、磁気抵抗効果素子。
  2. 　前記等原子４元ホイスラー合金は、下記の一般式（１）で表される合金を含む請求項１に記載の磁気抵抗効果素子。
    　ＸＸ’ＹＺ　・・・（１）
    （式（１）中、Ｘ、Ｘ’、Ｙ及びＺは、それぞれ異なる金属元素を表し、Ｘは、Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表し、Ｘ’はＶ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表し、ＹはＴｉ，Ｖ，Ｃｒ，Ｍｎのうちのいずれか一つを表し、ＺはＳｉ，Ａｌ，Ａｓ，Ｇｅ，Ｇａのうちのいずれか一つを表す。）
  3. 　前記Ｘは、Ｃｒ，Ｆｅ，Ｃｏのうちのいずれか一つを表し、前記Ｘ’はＶ，Ｃｒ，Ｆｅのうちのいずれか一つを表し、前記ＹはＴｉ，Ｖ，Ｃｒのうちのいずれか一つを表す、請求項２に記載の磁気抵抗効果素子。
  4. 　前記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が少ない方の金属元素の含有量を１モルとしたときに、前記Ｘで表される金属元素と前記Ｘ’で表される金属元素のうち含有量が多い方の金属元素の含有量が１．０５モル以下であり、前記Ｙで表される金属元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下であって、前記Ｚで表される元素の含有量が０．９５モル以上１．０５モル以下である、請求項２または３に記載の磁気抵抗効果素子。
  5. 　前記等原子４元ホイスラー合金の空間群は、Ｆ－４３ｍであることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  6. 　前記等原子４元ホイスラー合金は原子配列が不規則化している、請求項１～５のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  7. 　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方は、フルホイスラー合金を含む、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. 　前記第１強磁性層および前記第２強磁性層の少なくともいずれか一方は、前記等原子４元ホイスラー合金を含む層と前記フルホイスラー合金を含む層との積層体である、請求項７に記載の磁気抵抗効果素子。
  9. 　前記フルホイスラー合金を含む層の膜厚は、前記等原子４元ホイスラー合金を含む層の膜厚より厚い、請求項８に記載の磁気抵抗効果素子。
  10. 　前記フルホイスラー合金は、下記の一般式（２）で表される合金を含む、請求項７～９のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
    　Ｃｏ２ＸαＹβ　・・・（２）
    （式（２）中、Ｘは、Ｆｅ，Ｍｎ，Ｃｒのうちの少なくても一つの金属元素を表し、Ｙは、Ｓｉ，Ａｌ，Ｇａ，Ｇｅのうちの少なくても一つの金属元素を表し、αおよびβは、２＜α＋β＜２．６を満足する数を表す。）
  11. 　前記非磁性金属層は、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｒを含む、請求項１～１０のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
  12. 　前記非磁性金属層と前記第１強磁性層との間および前記非磁性金属層と前記第２強磁性層との間の少なくともいずれか一方には、ＮｉＡｌ合金を含むＮｉＡｌ層が備えられている、請求項１～１１記載のいずれか一項に記載の磁気抵抗効果素子。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081126A (ja) * 2005-09-14 2007-03-29 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッド
JP2019021685A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 国立大学法人東北大学 磁気素子、磁気記憶装置及びセンサ

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007081126A (ja) * 2005-09-14 2007-03-29 Tdk Corp 磁気抵抗効果素子および薄膜磁気ヘッド
JP2019021685A (ja) * 2017-07-12 2019-02-07 国立大学法人東北大学 磁気素子、磁気記憶装置及びセンサ

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
HOAT D.M.: "Investigation on new equiatomic quaternary Heusler compound CoCrIrSi via FP-LAPW calculations", CHEMICAL PHYSICS, NORTH-HOLLAND, NL, vol. 523, 1 January 1900 (1900-01-01), NL , pages 130 - 137, XP085691967, ISSN: 0301-0104, DOI: 10.1016/j.chemphys.2019.04.009 *
TSUCHIYA TOMOKI, ROY TUFAN, ELPHICK KELVIN, OKABAYASHI JUN, BAINSLA LAKHAN, ICHINOSE TOMOHIRO, SUZUKI KAZUYA Z., TSUJIKAWA MASAHIT: "Magnetic tunnel junctions with a B2-ordered CoFeCrAl equiatomic Heusler alloy", PHYSICAL REVIEW MATERIALS, vol. 3, no. 8, 5 August 2019 (2019-08-05), pages 084403 - 084403-10, XP055859760, DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.3.084403 *

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