静電容量変化を利用した磁気スイッチング単電子素子の開発

利用电容变化开发磁开关单电子器件

基本信息

批准号：
17651081
负责人：
高梨弘毅
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

ナノ粒子を薄い絶縁層を隔てて強磁性電極間に配置した微小構造では、スピン依存単一電子トンネル効果が生じるが、絶縁層の電子状態が外部磁場によって変化する場合や、絶縁層が十分薄く、トンネルコンダクタンスの変化によってキャパシタンス変化が生じる場合には、磁気抵抗効果に起因するスイッチング効果の発現が期待される。本研究は、この磁気スイッチング効果の基礎的理解と実証を狙うものであり、本年度は以下の研究を行った。作製した試料の構造は、Fe, FeCo, Au, Cr等のナノ粒子の上下にA10やMgO等の酸化物トンネルバリアを介して強磁性電極を配し、膜面垂直方向に電流を流すCPP構造とした。試料の面内サイズは、メタルマスクを用いた0.5mmx0.5mmから、電子線リソグラフィーによるサブミクロンサイズとした。膜成長ば分子線エピタキシーまたは超高真空スパッタを用いて行い、磁気伝導特性は微小電流計測の可能なエレクトロメータを用いて測定した。ナノ粒子のサイズやナノ粒子上のトンネルバリア層の平坦性等の制御は容易でなく、実験データを系統的に取得・解析することは困難であったが、いくつかの試料において、クーロンプロッケイドが見られ、更にトンネル磁気抵抗効果も観測された。特に、Crナノ粒子を用いた試料では、急峻な変化を示すクーロンプロッケイドと外部磁場に依存する電流電圧特性が観測された。また、Auナノ粒子を用いた試料では、磁気抵抗スイッチング効果の可能性を示す磁気抵抗変化が見られた。

一个微观结构，其中将纳米颗粒放置在铁电磁电极之间，其薄绝缘层被薄绝缘层隔开，依赖于自旋的单电体隧道效应，而当绝缘层的电子状态发生由于外部磁场而导致的绝缘层的变化，或者当绝缘层发生足够的效果而变化时，则在不足的效果变化时会发生变化。预计将表现出磁势效应。这项研究旨在提供对这种磁开关效应的基本理解和演示，今年我们进行了以下研究。制备样品的结构是CPP结构，其中铁电极被放置在纳米颗粒的上方和下方，例如Fe，Feco，Au，Au，CR，通过A10或MGO等氧化隧道屏障，并通过垂直于膜表面的方向传递。使用金属掩模的电子束光刻从0.5 mm x 0.5 mm处使用电子束光刻，将试样的平面尺寸设置为亚微米尺寸。使用分子束外延或超高真空溅射进行薄膜生长，并使用能够测量微电流的电表测量磁导率特性。尽管很难控制纳米颗粒的大小以及纳米颗粒上隧道屏障层的平坦度，并且系统地获得和分析了实验数据，但在某些样品中观察到了库仑图，并且还观察到隧道磁场效应。特别是，在使用CR纳米颗粒的样品中，观察到库仑图的电流特性，观察到显示突然变化的库仑图和外部磁场。此外，在使用Au纳米颗粒的样品中，观察到磁静脉的变化，表明磁路阻开关效应的可能性。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Coulomb staircase and tunnel magnetoresistance in nanowire-shaped granular films

纳米线状颗粒薄膜中的库仑阶梯和隧道磁阻

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Journal of Magnetism and Magnetic Materials (in press)
影响因子：
0
作者：
氷室昭三;黒田英里;氷室昭三;氷室昭三;氷室昭三;氷室昭三;大野武雄;A.B.Randles;江刺正喜;M.Esashi;江刺正喜;Y.Nogi;K.Yakushiji
通讯作者：
K.Yakushiji

Preparation and magnetotransport properties of MgO-barrier-based magnetic double tunnel junctions including nonmagnetic nanoparticles

含非磁性纳米粒子的MgO势垒基磁性双隧道结的制备及其磁输运性能