Advantages

技術１）位置分解能を2倍に向上する偶関数TMRセンサ。従来の同種TMRの常識を破る、数倍以上の非常に優れた磁気抵抗比を持つ。エンコーダなどの位置・回転検出に用いれば、位置分解能を2倍以上向上する。
技術２）高感度・高信頼性を提供する奇関数TMRセンサ。優れた外部磁場-磁気抵抗特性、ヒステリシスが格段に小さい・磁気抵抗比200%超・優れた線型性、をもつ。センサとして申し分ない特性で要精密・要高信頼のニーズに応える。

Current Stage and Key Data

- デュアルソフトピン自由層構造を持つ高性能偶関数TMRセンサを作製し、外部磁界に対する抵抗変化を測定したところ、TMR比200%超の高い応答を示し、外部磁界の正負に対して極めて対称性の高いR-H曲線が得られた（グラフ(A)）。
- ノンコリニア層間交換結合を利用した高性能奇関数TMRセンサを作製し、低磁界領域でのR-H特性を測定したところ、 フルループで測定しても、磁気ヒステリシスがほぼゼロの非常に線形なR-H曲線が得られた（グラフ(B,C)） 。

Partnering Model

物質・材料研究機構（NIMS）は、本高性能偶関数TMRおよび奇関数TMR技術の製品化・実用化にご興味のある企業様との連携を強く希望しています。ライセンス契約による技術導入を通じて、貴社の製品ラインナップの強化や新製品開発の他、特定のアプリケーションに合わせた共同研究も積極的に検討させていただきます。
研究者との直接のご面談による技術詳細の説明や、秘密保持契約締結による未公開データの開示も可能です。サンプルの提供による有償評価（MTA契約／優先交渉権等のオプション設定）についてもご検討いただけますので、お気軽にお問い合わせください 。

Background and Technology

磁気抵抗効果を利用したセンサは、位置検出や磁界測定など多様な産業分野で広く用いられている。中でもトンネル磁気抵抗（TMR）センサは、既存のGMRセンサに比べ数倍大きな磁気抵抗比を持つため、高感度なセンシングが期待されている。しかし、従来のTMRセンサには以下のような課題があった。（１）TMRセンサの一つである偶関数特性のセンサは、外部磁界の正負に対するR-H曲線の対称性が低いことが多く、これが高精度な位置・回転検出において問題であった。また、（２）奇関数特性のセンサでは、磁気ヒステリシスが発生しやすく、測定誤差の原因となっていた。

本研究者は、これらの課題を克服し、それぞれの特性に特化した高性能TMRセンサを開発した。
1. 高性能偶関数TMRセンサ： MgOバリアの両側にソフトピン自由層を配置し、それらの磁化方向を逆向きに設定することで、外部磁界の方向がずれてもR-H曲線の非対称性を大幅に抑制する「デュアルソフトピン自由層構造」を採用。これにより、200%を超える高い磁気抵抗比を維持しつつ、優れた対称性を実現し、エンコーダのような高分解能を要求される用途にも適している。
2. 高性能奇関数TMRセンサ：「ノンコリニア層間交換結合」を導入することで、ヒステリシスがほとんどない線形なR-H特性を実現した。これにより、磁界の強さに対して抵抗値が常に一義的に対応するため、高精度かつ安定した磁界測定が可能である。また、自由層の磁化を最適にバイアスする設計により、広ダイナミックレンジでの線形応答も期待できる。この技術は、高感度な磁気センサ全般や、リニア/ロータリーエンコーダなど、連続的な位置・角度情報を高精度に検出する用途に適している。

これらの画期的なTMRセンサ技術は、製造業の位置精密制御、ロボットの高度な動作制御、次世代モビリティ、IoTデバイスにおける磁気センシングに新たな可能性をもたらすことが期待される。

Principal Investigator

中谷　友也（国立研究開発法人物質・材料研究機構　磁性・スピントロニクス材料研究センター）　

Patents and Publications

Patents:
- 偶関数TMRセンサ WO 2024034206（日本特許　第7779587号）／WO 2024135038
- 奇関数TMRセンサ 未公開
Publications:
- 偶関数TMRセンサ Nakatani, T. and Iwasaki, H., J. Appl. Phys. 132, 223904 (2022) DOI: https://doi.org/10.1063/5.0132173
- 奇関数TMRセンサ Kulkarni, P. D. and Nakatani, T., Appl. Phys. Lett. 125, 162405 (2024) DOI: 10.1063/5.0231451