Observation of giant tunnel magnetoresistance change by ballistic spin transport control

通过弹道自旋输运控制观察巨隧道磁阻​​变化

基本信息

  • 批准号:
    21H01750
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 11.23万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    日本
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    日本
  • 起止时间:
    2021-04-01 至 2024-03-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

本課題はトンネル磁気抵抗(TMR)素子のスピン依存伝導の改善によって室温でのTMR比の大幅な増大を狙うものである。TMR比の大幅な向上はスピントロニクス応用の幅を大きく広げ、とりわけ超高密度磁気メモリMRAMの新アーキテクチャやスピンニューロモルフィック素子の実現に向けて必須の課題である。2022年度は室温TMR比の世界最大値631%を達成した。この値は15年ぶりにTMR比の最大値を更新するものであり、TMR研究の今後の飛躍的進展を予期させるものである。TMR素子に用いた材料は従来から知られているCoFeの強磁性層とMgOのバリア層であるが、記録更新に至ったのは高い結晶品位を持つエピタキシャル膜の実現とMgO界面開拓の結果である。MgOの下側界面ではMgO成膜中の遊離酸素による下側CoFe表面の酸化が問題となり、一方、MgO上側界面では真空中熱処理中の酸素抜けによって上部CoFe層の品質を低下させることが問題であった。今回下側には金属Mg挿入、上側にはMgO表面を追酸化するプロセスを開発し、これらの条件の最適化により急速にTMR比向上がみられた。またこのTMR比向上に付随し、TMR比がMgO膜厚によって大きく周期的に変動する現象であるTMR振動も非常に大きくなった。0.3 nmの振動周期を持ち、振幅幅は最大141%(室温)に達し、TMR素子の伝導を大きく支配していることが分かった。最大TMR比の向上とTMR振動振幅の向上の関係をも示唆する結果である。このTMR振動は理論計算でも再現がなされておらず未解明であるため、今回の巨大なTMR比とその振動現象の発現は現象解明の大きなヒントとなると期待される。
This topic は ト ン ネ ル magnetic 気 resistance (TMR) subtype eumelanin の ス ピ ン dependent 伝 guide の improvement に よ っ て room-temperature で の TMR is bigger than の な sharply raised を previously う も の で あ る. TMR than の な sharply upward は ス ピ ン ト ロ ニ ク ス 応 with の を big き く hiroo げ, と り わ け super-high density magnetic 気 メ モ リ MRAM の new ア ー キ テ ク チ ャ や ス ピ ン ニ ュ ー ロ モ ル フ ィ ッ ク element child の be am に to け て must の subject で あ る. In 2022, the <s:1> room-temperature TMR ratio reached the world 's maximum value of 631%を and achieved た た. こ の numerical は 15 years ぶ り に TMR than の numerical を biggest update す る も の で あ り, TMR の を の leap progress in the future to issue さ せ る も の で あ る. Son に TMR element with い た material は 従 to か ら know ら れ て い る CoFe の strong magnetic layer と MgO style の バ リ ア layer で あ る が, record update に to っ た の は い crystallization high grade を hold つ エ ピ タ キ シ ャ ル membrane の be presently と MgO style interface development の results で あ る. MgO style の underside interface で は MgO style film に の free acid in よ る underside surface of CoFe の acidification が problem と な り, one party, MgO style upper interface で は の acid element in the vacuum of hot 処 sorting け に よ っ て upper layer CoFe の low quality を さ せ る こ と が problem で あ っ た. Today back to the underside に は metal Mg scions into, upper に は を MgO style surface after acidification す る プ ロ セ ス を open 発 し, こ れ ら の の conditions optimization に よ り rapid に TMR than upward が み ら れ た. ま た こ の TMR than に pay up with し, TMR than が MgO style film thickness に よ っ て big き に く cycle - move す る phenomenon で あ る TMR vibration も very big に き く な っ た. 0.3 nm の を hold ち, the amplitude of vibration cycle は maximum 141% (room temperature) に of し, TMR element の 伝 guide を big き く dominate し て い る こ と が points か っ た. The maximum TMR ratio <s:1> upward と the TMR vibration amplitude <e:1> upward と the relationship を indicates the する result である. こ の TMR vibration は theoretical calculation で も reappearance が な さ れ て お ら ず not interpret で あ る た め, today back to huge の な TMR than と そ の vibration phenomenon の 発 は phenomenon now interpret の big き な ヒ ン ト と な る と expect さ れ る.

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Giant Tunnel Magnetoresistance at Room Temperature: Recent Progress and Prospect
室温巨隧道磁阻​​:最新进展与展望
  • DOI:
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    ショーバック ジェイコブ英輔;栗間 淳;後藤 浩之;三上 武子;吉田 望;澤田 純男;Hiroaki Sukegawa
  • 通讯作者:
    Hiroaki Sukegawa
Band-folding-driven high tunnel magnetoresistance ratios in (111)-oriented junctions with SrTiO3 barriers
  • DOI:
    10.1103/physrevb.106.134438
  • 发表时间:
    2022-10-31
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    Masuda, Keisuke;Itoh, Hiroyoshi;Miura, Yoshio
  • 通讯作者:
    Miura, Yoshio
631% room temperature tunnel magnetoresistance with large oscillation effect in CoFe/MgO/CoFe(001) junctions
631%%20房间%20温度%20隧道%20磁阻%20with%20大%20振荡%20效应%20in%20CoFe/MgO/CoFe(001)%20结点
  • DOI:
    10.1063/5.0145873
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    T. Scheike;Z. Wen;H. Sukegawa and S. Mitani
  • 通讯作者:
    H. Sukegawa and S. Mitani
磁気トンネル接合のトンネルバリア開発による巨大磁気抵抗の実現
开发磁隧道结隧道势垒实现巨磁阻
  • DOI:
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Montgomery SA;Tanizawa Y;Galik B;Wang N;Ito T;Mochizuki T;Akimcheva S;Bowman JL;Cognat V;Drouard L;Ekker H;Houng SF;Kohchi T;Lin SS;Liu LYD;Nakamura Y;Valeeva LR;Shakirov EV;Shippen DE;Wei WL;Yagura M;Yamaoka S;Yamato KT;Liu C;Berg;介川裕章
  • 通讯作者:
    介川裕章
Staircase-like tunnel resistance increase with barrier thickness in epitaxial Fe/Mg4Al-Ox/Fe(001) magnetic tunnel junctions
外延 Fe/Mg4Al-Ox/Fe(001) 磁隧道结中阶梯状隧道电阻随着势垒厚度的增加而增加
  • DOI:
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Thomas Scheike;Zhenchao Wen;Shinya Kasai;Hiroaki Sukegawa;Seiji Mitani
  • 通讯作者:
    Seiji Mitani
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  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
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  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
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    志田恭一,渡部要一
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    介川 裕章;シャイケ トーマス;温 振超;葛西 伸哉;三谷 誠司;Yuta Takano;志村泰充,西村京輔,北川拓也,稲垣怜史,窪田好浩;俵 毅彦,平石 真也,稲葉 智宏,徐 学俊,太田 竜一,足立 智,尾身 博雄;佐々木成朗;吉田 和矢,Vasudevan Pillai Biju,髙野 勇太
  • 通讯作者:
    吉田 和矢,Vasudevan Pillai Biju,髙野 勇太
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  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    介川 裕章;シャイケ トーマス;温 振超;葛西 伸哉;三谷 誠司;岡田健
  • 通讯作者:
    岡田健

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    $ 11.23万
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