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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/MgO/Fe/γ-Al2O3/Nb: SrTiO3: Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3: SrTiO3: Fe/MgO/Nb: SrTiO3: Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3: Fe/MgO/Nb: SrTiO3: Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3: Fe/MgO/Nb: SrTiO3: Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3: Fe/MgO/Nb: SrTiO3: Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3/Nb: SrTiO3: Fe/MgO The reflection of high-speed electron reflection images and the transmission of electron micro-images are confirmed by the growth of electron layers. Electrical conductivity measurements were carried out at 300 K and 219%, respectively. This is because the typical Fe/MgO/Fe ratio is larger than that of Nb: SrTiO3 electrode, and the in-plane wave number of Nb: SrTiO3 electrode is smaller than that of Nb: SrTiO3 electrode due to k-space filtering. The calculation of Nb: SrTiO3 in-plane wave number increases the magnetic resistance effect. The results of this study show that Fe, Fe, SrTiO3 and SrTiO3 have good integration properties. The same element structure, the same element structure, the same element structure, The reason for this is that the resistance value of γ-Al2O3 layer is dominated by the resistance value of γ-Al2O3 layer. The voltage drop of Fe/MgO/Fe layer in the low voltage field is due to the high voltage field and the high voltage field is due to the high magnetic resistance. The current of the reactor is 3.5 K, the voltage of the reactor is-4 V, and the magnetic resistance ratio of the reactor is 23%. As a result, the method for obtaining the magnetic resistance ratio of Fe/γ-Al2O3/Nb: SrTiO3 layer in the high temperature field was established.