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強磁性金属／半導体ハイブリッド量子スピントロニクスデバイス

铁磁金属/半导体混合量子自旋电子器件

基本信息

批准号：
20J12256
负责人：
鈴木亮太
金额：
$ 1.09万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Feとの格子整合性が良い酸化物半導体SrTiO3を用いて、Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3/Nb:SrTiO3からなる、フルエピタキシャル二重障壁磁気トンネル接合素子を、分子線エピタキシー法により作製した。反射高速電子回折像および透過電子顕微鏡像により、すべての層がエピタキシャル成長していることを確認した。電気伝導測定を行ったところ、300 Kで219%もの大きなトンネル磁気抵抗比を観測した。これは典型的なFe/MgO/Feのものよりも大きく、Nb:SrTiO3電極の面内フェルミ波数が小さいことに起因したk-space filteringによってトンネル磁気抵抗効果が増大した可能性がある。バンド計算を行ってみたところ、実際にNb:SrTiO3の面内フェルミ波数はトンネル磁気抵抗効果の増大が見込めるほど小さいことが分かった。本研究の結果は、FeやFeをベースとした磁気トンネル接合素子と、酸化物半導体であるSrTiO3との良い整合性を示す結果であると考えられる。また、同様の素子構造において、バイアス電圧を上昇させると、トンネル磁気抵抗比が上昇するという特異な現象を観測した。この原因を探るため、電気伝導測定を行ったところ、ゼロバイアス近傍では、クーロンブロッケード効果に起因して、γ-Al2O3層の抵抗値が支配的であることがわかった。これにより、低バイアス電圧領域ではFe/MgO/Fe層の電圧降下がほとんど起こらず、その結果、非常に高いバイアス電圧領域においても、大きなトンネル磁気抵抗効果が観測されることがわかった。実験的には、3.5 Kで、バイアス電圧－4 Vにおいても、23%のトンネル磁気抵抗比が得られた。この結果により、磁気トンネル接合素子にFe/γ-Al2O3/Nb:SrTiO3層を接続することで、高バイアス領域においても、高いトンネル磁気抵抗比が得られる手法を確立した。

Fe has good lattice integration and is a good acid compound semiconductor SrTiO3, Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3/Nb:Sr TiO3 からなる, フルエピタキシャル double barrier magnetic トンネル joint element を, molecular wire エピタキシー法により manufacturing system. The reflection of high-speed electrons is reflected through the electron micromirror and the growth of the electron micromirror is confirmed. Electrical conductance measurement is carried out, and 300 K is used for measuring 219% high resistance magnetic resistance.これは Typical なFe/MgO/Fe のものよりも大きく、Nb:SrTiO3 electrode のplane フェルミwave number が小さいことにcause したk-space The filtering resistance effect increases the possibility of filtering.バンドCalculation of を行ってみたところ、実记にNb:SrTiO3 フェルミThe wave number is large and the magnetic resistance effect is large and small. The results of this study are as follows: Materials Semiconductor's SrTiO3 has good integration performance and results.また、同様のprimordial structure において、バイアス电voltariseさせると, トンネルMagnetic resistance ratio が rises するというSpecial な phenomenon を観measurement した.このCause をExploration るため, Electrical conductivity measurement を行ったところ, ゼロバイアス near close では, クーロンブThe ロッケード effect is caused by the して, and the γ-Al2O3 layer is resistant to the であることがわかった.これにより、Low バイアスelectricity fieldではFe/MgO/Fe layer's electric pressure drop がほとんど riseこらず、その results , very high electric pressure field, large magnetic resistance effect, and high resistance.実験's には, 3.5 K で, バイアスelectric voltage - 4 V においても, 23% のトンネルMagnetic 気 resistance ratio is られた. The result is a Fe/γ-Al2O3/Nb:SrTiO3 layer.することで, 高バイアス区においても, 高いトンネルMagnetic resistance ratio が got られるtechniqueをestablishedした.