シリコン基板上ナノ構造誘起L10規則化強磁性体の実現と単電子スピンデバイスの創製

在硅衬底上实现纳米结构诱导的L10有序铁磁材料并创建单电子自旋器件

• 批准号: 21J13665
• 负责人: 遠山 諒
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: Tokyo Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J13665/
• 关键词: スピントロニクス; 規則合金; 強磁性ナノワイヤ; ナノ構造誘起規則化; 電子線リソグラフィ; シリコン基板; 表面拡散; 異常ホール効果

本年度は、電子線リソグラフィと電子線蒸着を組み合わせたリフトオフプロセスの最適化により、線幅20-30 nmの(Co/Pt)n多積層ナノワイヤをSi/SiO2基板上に再現性よく作製するための造形プロセスを確立した。その後、作製したナノワイヤにアニール処理を施すことで、10 nmスケールの非常に小さな曲率半径に起因したアニール中の原子の表面拡散と極めて大きな内部ストレスをL10規則化の駆動力として利用した、CoPtナノワイヤの「ナノ構造誘起L10規則化」を実現した。アニール後のCoPtナノワイヤのナノ構造誘起L10規則化を、走査電子顕微鏡 (SEM)、放射光を用いたすれすれ入射X線回折 (GI-XRD)、振動試料型磁力計 (VSM)、走査透過電子顕微鏡 (STEM) により解析した。二次元GI-XRD画像より、L10-CoPt 001, 110に起因する超格子反射を観察したことから、ナノワイヤのL10規則化を確認した。SEM観察とVSM測定結果より、ナノ構造誘起L10規則化CoPt強磁性ナノワイヤは、20-30 nmの線幅を有し、10 kOe以上の大きな保磁力を示すことを明らかにした。また、断面STEM像より、L10-CoPtに起因するCoとPtの単原子積層構造を確認した。さらに、極微電子回折 (NED) においても、L10-CoPtに起因する超格子反射を観察したことから、ナノワイヤのL10規則化を確認した。また、本年度は、ナノ構造誘起L10規則化CoPt強磁性ナノワイヤを用いてホール素子を作製し、異常ホール効果の測定を行った。その結果、ナノワイヤの線幅が10 umから100 nmに減少するにつれてホール抵抗率が減少する、ホール抵抗率に対するナノワイヤの線幅依存性を確認した。

は, electronic line this year リ ソ グ ラ フ ィ と electronic line steamed を group み close わ せ た リ フ ト オ フ プ ロ セ ス の optimization に よ り, line width 20-30 nm の (Co/Pt) n more horizon ナ ノ ワ イ ヤ を Si/SiO2 substrate に reproducibility よ く cropping す る た め の plastic プ ロ セ ス を establish し た. After そ そ, make the production of たナノワ たナノワ ヤにアニ ヤにアニ そ たナノワ そ and を handle を application す とで とで, 10 Nm ス ケ ー ル の very small に さ な curvature radius に cause し た ア ニ ー ル の の atoms in the surface scattered と company, extremely め て big き な internal ス ト レ ス を L10 regularization の 駆 power と し て using し た, CoPt ナ ノ ワ イ ヤ の "ナ ノ structure induced L10 rules" を be presently し た. After ア ニ ー ル の CoPt ナ ノ ワ イ ヤ の ナ ノ structure induced L10 regularization を, walkthroughs electronic 顕 micro mirror (SEM), ray を い た す れ す れ incident X-ray inflexion type (GI - XRD), vibrating sample magnetometer (VSM), go through the electronic 顕 micro mirror (STEM) に よ り parsing し た. Secondary yuan GI - XRD portrait よ り L10 - CoPt, 001, 110 に cause す る superlattices reflection を 観 examine し た こ と か ら, ナ ノ ワ イ ヤ の L10 regularization を confirm し た. Measurements of SEM 観 examine と VSM よ り, ナ ノ structure induced L10 regularization CoPt strong magnetic ナ ノ ワ イ ヤ は, 20-30 nm の line width を し, more than 10 kOe の big き な protect magnetic を shown す こ と を Ming ら か に し た. Youdaoplaceholder0, cross-sectional STEM image よ よ, L10-CoPtに cause するCoとPt 単 単 atomic layer structure を confirm た た. さ ら に inflexion, microelectronics (NED) に お い て も, L10 CoPt に cause す る superlattices reflection を 観 examine し た こ と か ら, ナ ノ ワ イ ヤ の L10 regularization を confirm し た. ま た, this year's は, ナ ノ structure induced L10 regularization CoPt strong magnetic ナ ノ ワ イ ヤ を with い て ホ ー ル element system し を son, abnormal ホ ー ル sharper determination of fruit の を line っ た. そ の results, ナ ノ ワ イ ヤ の line width 10 um が か ら 100 nm に reduce す る に つ れ て ホ ー ル が resistance rate reduce す る, ホ ー ル resistance に す seaborne る ナ ノ ワ イ ヤ の line width dependence を confirm し た.

项目成果

Al2O3(0001)単結晶基板上CoPt多積層薄膜におけるCoPtの規則化

Al2O3(0001) 单晶基板上 CoPt 多层薄膜中的 CoPt 排序

• 发表时间: 2021
• 作者: 遠山諒;河智史朗;山浦淳一;村上洋一;細野秀雄;真島豊
• 通讯作者: 真島豊

Large coercivity of 13 kOe in L10-ordered CoPt on Si/SiO2 substrates by hydrogen annealing

通过氢退火在 Si/SiO2 衬底上的 L10 有序 CoPt 中获得 13 kOe 的大矫顽力

• DOI: 10.35848/1347-4065/ac5108
• 发表时间: 2022
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Ryo Toyama;Shiro Kawachi;Jun-ichi Yamaura;Youichi Murakami;Hideo Hosono;Yutaka Majima
• 通讯作者: Yutaka Majima

L10-Ordering of CoPt During Interdiffusion of CoPt Multilayer Thin Films

CoPt 多层薄膜相互扩散过程中 CoPt 的 L10 有序化

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryo Toyama;Shiro Kawachi;Jun-ichi Yamaura;Youichi Murakami;Hideo Hosono;Yutaka Majima
• 通讯作者: Yutaka Majima

Ta underlayer effect on ordering of CoPt on Si substrates

Ta底层对Si衬底上CoPt有序化的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryo Toyama;Shiro Kawachi;Jun-ichi Yamaura;Youichi Murakami;Hideo Hosono;Yutaka Majima
• 通讯作者: Yutaka Majima

Hydrogen annealing effect on crystal structures of high-coercivity L10-ordered CoPt on Si substrates

氢气退火对Si衬底上高矫顽力L10有序CoPt晶体结构的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: Ryo Toyama;Shiro Kawachi;Jun-ichi Yamaura;Youichi Murakami;Hideo Hosono;Yutaka Majima
• 通讯作者: Yutaka Majima