わずか50℃が、平坦か崩壊かを分ける ― L10-FePd膜を蝕む”膜の崩壊”を、二段階焼成の最初の一手で封じ込める ―

ポイント

• 次世代不揮発性メモリ（MRAM）の記録層として期待されるL10-FePd薄膜において、二段階焼成法により、膜厚5 nmの極薄領域で「原子の整列（規則化）」と「原子レベルの平坦性」を両立させ、材料が劣化する「膜の崩壊（Dewetting）」を封じ込めました。
• 1回目の焼成温度のわずか50℃の違いが膜の運命を決め、その後600℃で焼き直しても覆らないことを発見しました。その引き金が初期に生じる微小な穴であることを、世界初のL10-FePdの表面自由エネルギー計算と原子レベルの観察により突き止めました。
• 崩壊の制御により、5 nm厚で規則度0.99、垂直磁気異方性1.33 MJ/m3という高い値を達成し、次世代MRAMが求める極薄記録層の実現が加速します。

概要

富山大学（兼務：名古屋大学）の永沼博教授、École normale supérieure Paris-Saclay、Laboratoire Albert Fert（CNRS／THALES／Université Paris-Saclay（フランス）のSamuel Vergara大学院生、静岡大学の丸山伸伍准教授(前東北大学)、東北大学の春木啓佑 大学院生、神戸大学の植本光治助教、小野倫也教授、松本尚弥大学院生、東京科学大学の安井伸太郎准教授、名古屋大学の水口将輝教授、東北大学の遠藤恭教授、小川智之准教授、Tel Aviv UniversityのAmit Kohn教授、Hanuma Kumar Dara研究員（イスラエル）の国際共同研究により、次世代の不揮発性磁気メモリ（MRAM）の記録層として期待されているFePdのL10-規則合金※１）薄膜において、膜厚5 nmの極薄領域で「原子レベルの平坦性」と「原子の整列（L10規則化）」を両立させる二段階焼成法※２）を確立しました。さらに、1回目の焼成温度のわずか50℃の違いが、その後に600℃で焼き直しても覆らないほど決定的に膜の運命を左右し、材料が劣化する「膜の崩壊（Dewetting）」※３）の引き金となることを明らかにしました。本研究成果は、原子レベルの走査透過型電子顕微鏡観察による構造解析と、第一原理計算※４）による表面自由エネルギーの予測を組み合わせることで、極薄膜が崩壊する条件の正体を突き止めたものです。これにより、デバイスの微細化・高集積化を阻む物理的障壁を打破する道が拓かれました。
　本成果の一部は、科学研究費助成事業(No. 23H03803, No. 24K01346, and No. JP21H05016)、日本学術振興会 研究拠点形成事業(No. JPJSCCA20230005)、東京科学大学 総合研究院 材料構造研究所 共同利用研究、文部科学省 データ創出・活用型マテリアル研究開発プロジェクト(DEJI²MA)、名古屋大学 研究大学強化促進事業・最先端国際研究ユニットの支援により行われ、合金・材料科学分野の学術誌である「Journal of Alloys and Compounds」に2026年7月27日（月）（日本時間）に掲載されました。

用語解説

※1）L10規則合金
2種類の金属原子（鉄とパラジウム）が交互に規則正しく層状に並んだ構造を持つ合金。非常に強い磁石の性質（高い垂直磁気異方性）を持つため、次世代メモリ材料として注目されている。原子の並びの整い具合を示す指標を規則度と呼び、1に近いほど完全に整列していることを意味する。

※2）二段階焼成法（Two-step heating method）
まず低温で成膜して原子レベルで平坦な膜をつくり、いったん室温まで冷やしたのち、改めて高温で焼き直して原子を整列させる作製手法。高温で一気に成膜すると結晶粒が成長して表面が荒れてしまうため、「平坦性」と「規則化」という両立が困難な二つの要求を、温度と時間を分けることで同時に満たすことを狙う。

※3）デウェッティング（Dewetting）
均一な薄膜が熱によって不安定になり、表面張力で島状に凝集してバラバラになる現象。薄い膜ほど起こりやすく、デバイスの平坦性を損なうため、通常は抑制すべき現象とされる。

※4）第一原理計算（First-principles calculation）
物質の組成と結晶構造などの情報をもとに量子力学の基本原理にもとづいて材料の特性を予測するシミュレーション手法であり、今回は合金や基板の表面エネルギーの理論予測に利用した。

研究内容の詳細

わずか50℃が、平坦か崩壊かを分ける ― L10-FePd膜を蝕む”膜の崩壊”を、二段階焼成の最初の一手で封じ込める ―[PDF, 1.3MB]

論文情報

論文名

Harnessing Two-Step Heating and Solid-State Dewetting for Highly Ordered L10-FePd Alloy Epitaxial Films

著者

Samuel Vergara, Shingo Maruyama, Soki Yoshida, Hanuma Kumar Dara, Keisuke Haruki, Naohiro Matsumoto, Mitsuharu Uemoto, Tomoya Ono, Shintaro Yasui, Yasushi Endo, Amit Kohn, Masaki Mizuguchi,Tomoyuki Ogawa, and Hiroshi Naganuma

掲載誌

Journal of Alloys and Compounds

DOI

https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2026.189751

お問い合わせ

富山大学学術研究部工学系
（兼務：名古屋大学未来材料・システム研究所）
教授 永沼　博

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