Current-perpendicular-to-plane giant magnetoresistance (CPP-GMR) heterostructure devices using half-metallic NiMnSb Heusler alloy electrodes with single, dual, and triple Ag spacers were fabricated. The NiMnSb alloy films and Ag spacers show (001) epitaxial growth in all CPP-GMR multilayer structures. The dual-spacer CPP-GMR nanojunction exhibited an enhanced CPP-GMR ratio of 11% (a change in the resistance-area product, ΔRA, of 3.9 mΩ μm2) at room temperature, which is approximately twice (thrice) of 6% (1.3 mΩ μm2) in the single-spacer device. The enhancement of the CPP-GMR effects in the dual-spacer devices could be attributed to improved interfacial spin asymmetry. Moreover, it was observed that the CPP-GMR ratios increased monotonically as the temperatures decreased. At 4.2 K, a CPP-GMR ratio of 41% (ΔRA = 10.5 mΩ μm2) was achieved in the dual-spacer CPP-GMR device. This work indicates that multispacer structures provide an efficient enhancement of CPP-GMR effects in half-metallic material-based CPP-GMR systems.

1.
A.
Hirohata
,
J.
Sagar
,
L.
Lari
,
L. R.
Fleet
, and
V. K.
Lazarov
,
Appl. Phys. A
111
,
423
(
2013
).
2.
J.
Bass
,
J. Magn. Magn. Mater.
408
,
244
(
2016
).
3.
Z. C.
Wen
,
H.
Sukegawa
,
S.
Kasai
,
K.
Inomata
, and
S.
Mitani
,
Phys. Rev. Appl.
2
,
24009
(
2014
).
4.
Z. C.
Wen
,
H.
Sukegawa
,
T.
Furubayashi
,
J.
Koo
,
K.
Inomata
,
S.
Mitani
,
J. P.
Hadorn
,
T.
Ohkubo
, and
K.
Hono
,
Adv. Mater.
26
,
6483
(
2014
).
5.
J. R.
Childress
,
M. J.
Carey
,
S.
Maat
,
N.
Smith
,
R. E.
Fontana
,
D.
Druist
,
K.
Carey
,
J. A.
Katine
,
N.
Robertson
,
T. D.
Boone
,
M.
Alex
,
J.
Moore
, and
C. H.
Tsang
,
IEEE Trans. Magn.
44
,
90
(
2008
).
6.
M.
Takagishi
,
K.
Yamada
,
H.
Iwasaki
,
H. N.
Fuke
, and
S.
Hashimoto
,
IEEE Trans. Magn.
46
,
2086
(
2010
).
7.
A.
Hirohata
and
K.
Takanashi
,
J. Phys. D: Appl. Phys.
47
,
193001
(
2014
).
8.
H.
Narisawa
,
T.
Kubota
, and
K.
Takanashi
,
Appl. Phys. Express
8
,
63008
(
2015
).
9.
T. M.
Nakatani
and
J. R.
Childress
,
J. Appl. Phys.
117
,
243908
(
2015
).
10.
Y.
Du
,
T.
Furubayashi
,
T. T.
Sasaki
,
Y.
Sakuraba
,
Y. K.
Takahashi
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
112405
(
2015
).
11.
T.
Seki
,
Y.
Sakuraba
,
H.
Arai
,
M.
Ueda
,
R.
Okura
,
H.
Imamura
, and
K.
Takanashi
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
92406
(
2014
).
12.
T.
Yamamoto
,
T.
Seki
,
T.
Kubota
,
H.
Yako
, and
K.
Takanashi
,
Appl. Phys. Lett.
106
,
92406
(
2015
).
13.
K.
Yakushiji
,
K.
Saito
,
S.
Mitani
,
K.
Takanashi
,
Y. K.
Takahashi
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
88
,
222504
(
2006
).
14.
T.
Iwase
,
Y.
Sakuraba
,
S.
Bosu
,
K.
Saito
,
S.
Mitani
, and
K.
Takanashi
,
Appl. Phys. Express
2
,
63003
(
2009
).
15.
T.
Furubayashi
,
K.
Kodama
,
H.
Sukegawa
,
Y. K.
Takahashi
,
K.
Inomata
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
93
,
122507
(
2008
).
16.
Y.
Sakuraba
,
M.
Ueda
,
Y.
Miura
,
K.
Sato
,
S.
Bosu
,
K.
Saito
,
M.
Shirai
,
T. J.
Konno
, and
K.
Takanashi
,
Appl. Phys. Lett.
101
,
252408
(
2012
).
17.
Y. K.
Takahashi
,
S.
Kasai
,
S.
Hirayama
,
S.
Mitani
, and
K.
Hono
,
Appl. Phys. Lett.
100
,
52405
(
2012
).
18.
Z. C.
Wen
,
T.
Kubota
,
T.
Yamamoto
, and
K.
Takanashi
,
Sci. Rep.
5
,
18387
(
2015
).
19.
B.
Kwon
,
Y.
Sakuraba
,
H.
Sukegawa
,
S.
Li
,
G.
Qu
,
T.
Furubayashi
, and
K.
Hono
,
J. Appl. Phys.
119
,
23902
(
2016
).
20.
T.
Valet
and
A.
Fert
,
Phys. Rev. B
48
,
7099
(
1993
).
21.
Y.
Sakuraba
,
K.
Izumi
,
T.
Iwase
,
S.
Bosu
,
K.
Saito
,
K.
Takanashi
,
Y.
Miura
,
K.
Futatsukawa
,
K.
Abe
, and
M.
Shirai
,
Phys. Rev. B
82
,
94444
(
2010
).
22.
K.
Nikolaev
,
P.
Kolbo
,
T.
Pokhil
,
X.
Peng
,
Y.
Chen
,
T.
Ambrose
, and
O.
Mryasov
,
Appl. Phys. Lett.
94
,
222501
(
2009
).
23.
Z. Q.
Bai
,
Y. H.
Lu
,
L.
Shen
,
V.
Ko
,
G. C.
Han
, and
Y. P.
Feng
,
J. Appl. Phys.
111
,
93911
(
2012
).
24.
N.
Hase
,
T. M.
Nakatani
,
S.
Kasai
,
Y. K.
Takahashi
,
T.
Furubayashi
, and
K.
Hono
,
J. Magn. Magn. Mater.
324
,
440
(
2012
).
25.
J. A.
Caballero
,
F.
Petroff
,
A.
Cabbibo
,
Y. D.
Park
, and
J. R.
Childress
, in Structural and Magnetotransport Properties of NiMnSb/Cu and NiMnSb/Ag Multilayers, edited by
W. J. M.
de Jonge
,
K.
Barmak
,
D. D.
Chambliss
,
P.
Dederichs
, and
T.
Katayama
(Mater. Res. Soc. Symp. Proc.
1997
), Vol.
475
, p.
175
.
26.
L.
Ritchie
,
G.
Xiao
,
Y.
Ji
,
T. Y.
Chen
,
C. L.
Chien
,
M.
Zhang
,
J.
Chen
,
Z.
Liu
,
G.
Wu
, and
X. X.
Zhang
,
Phys. Rev. B
68
,
104430
(
2003
).
27.
F.
Gerhard
,
C.
Schumacher
,
C.
Gould
, and
L. W.
Molenkamp
,
J. Appl. Phys.
115
,
94505
(
2014
).
28.
B.
Dassonneville
,
R.
Acharyya
,
H. Y. T.
Nguyen
,
R.
Loloee
,
W. P.
Pratt
, and
J.
Bass
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
022509
(
2010
).
29.
H. Y. T.
Nguyen
,
R.
Loloee
,
W. P.
Pratt
, and
J.
Bass
,
Phys. Rev. B
86
,
064413
(
2012
).
30.
Y.
Sakuraba
,
K.
Izumi
,
S.
Bosu
,
K.
Saito
, and
K.
Takanashi
,
J. Phys. Appl. Phys.
44
,
64009
(
2011
).
31.
Y.
Miura
,
K.
Abe
, and
M.
Shirai
,
Phys. Rev. B
83
,
214411
(
2011
).
32.
Z.
Nedelkoski
,
P. J.
Hasnip
,
A. M.
Sanchez
,
B.
Kuerbanjiang
,
E.
Higgins
,
M.
Oogane
,
A.
Hirohata
,
G. R.
Bell
, and
V. K.
Lazarov
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
212404
(
2015
).
33.
N.
Hase
,
T. M.
Nakatani
,
S.
Kasai
,
Y. K.
Takahashi
, and
K.
Hono
,
J. Appl. Phys.
109
,
07E112
(
2011
).
34.
Z. C.
Wen
,
H.
Sukegawa
,
S.
Kasai
,
M.
Hayashi
,
S.
Mitani
, and
K.
Inomata
,
Appl. Phys. Express
5
,
63003
(
2012
).
You do not currently have access to this content.