強磁性金属を用いた微小トンネル接合の単電子帯電効果と磁化

使用铁磁金属的微隧道结的单电子充电效应和磁化

• 批准号: 08247206
• 负责人: 大塚 洋一
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
• 财政年份: 1996
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1996 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-08247206/
• 关键词: 一電子帯電効果; 微小トンネル接合; 単電子デバイス; 単電子トランジスタ; 巨大磁気抵抗; クーロン振動; 磁気クーロン振動; 強磁性

これまでの実験で、微小な接合面積をもつNi/NiO/Coトンネル接合が2次元的に配列した系の電気抵抗を測定し、一電子帯電効果が支配的となる極低温・低バイアス電流の下では保磁力差型の磁気抵抗が最大40%に達するほど大きくなることを見いだしていた。この磁気抵抗の巨大化の原因をはっきりさせるため、より単純な単一電子トランジスター(SET)構造を強磁性体で作製し、T=20mKにおける電流・電圧特性の磁場、ゲート電圧依存性等を測定した。試料となるSETは、島状電極がCo、ソース、ドレイン電極がNiでできており、ソース・ドレイン各電極と島状電極とは接合面積約0.02μm^2のNiOのトンネル接合でつながっている。これはSi_3N_4薄膜を微細加工して作った蒸着マスクを用い、斜め蒸着法によりSi基板上に作製した。この試料のソース・ドレイン抵抗を様々なソースドレイン電圧、ゲート電圧、磁場に対して調べ、以下の知見を得た。(1)高温においてスピンバルプ効果による約4%の磁気抵抗を示す。(2)一電子帯電効果が支配的となる低温で、磁気抵抗は40%程度まで巨大化する。(3)低温でも高バイアスにおける微分抵抗に見られる磁気抵抗は高温とほぼ同程度である。(4)ゲート電圧による明確なクーロン振動を示す。(5)SETのオフ抵抗は巨大磁気抵抗を示すのに対して、オン抵抗には巨大化は見られない。(6)磁場によってクーロン振動の振幅のみならず位相が変わる。則ち、外部磁場によってSETのスイッチが起こる(磁場クーロン振動)。このうち、特に(5、6)はこれまでに報告のない新しい発見である。磁気抵抗の巨大化には高次のトンネル効果による有効帯電エネルギーの減少が、また磁気クーロン振動については強磁性物質中の各スピン状態に対応する状態密度の差によって生じる化学ポテンシャルの磁場による変動が原因するものと考えている。

The electrical resistance of Ni/NiO/Co composite bonding system with two-dimensional configuration was measured. The electrical resistance of an electron conductor was determined. The maximum magnetic resistance of magnetic field difference type was 40% at extremely low temperature and low current. The reasons for the increase in magnetic resistance were determined by measuring the current, voltage characteristics, magnetic field, voltage dependence, etc. at T=20mK. Sample: SET, island-shaped electrode: Co, Si, Ni, Si, Si. Si_3N_4 thin films are fabricated on Si substrates by microfabrication and oblique deposition. The following observations were made on the sample's resistance to voltage, voltage, and magnetic field. (1)The magnetic resistance is about 4% when the temperature is high. (2)An electron field effect dominates the temperature and magnetic resistance of 40%. (3)Low temperature, high temperature, differential resistance, magnetic resistance, same degree. (4)The voltage is clearly visible. (5)SET's resistance to large magnetic field resistance. (6)The amplitude and phase of the vibration in the magnetic field vary. Then, the external magnetic field starts to vibrate. This is the first time I've ever seen a woman. The increase of magnetic resistance is related to the reduction of magnetic field, the reduction of magnetic field, the variation of state density, the variation of chemical field and magnetic field.

项目成果

K.Ono,H.Shimada and Y.Ootuka: "Enhanced Spin Valve Effect and Magneto Coulomb Oscillation in Ferromagnetic Single Electron Transistor" submitted to J.Phys.Soc.Jpn.

K.Ono、H.Shimada 和 Y.Ootuka：“铁磁单电子晶体管中的增强自旋阀效应和磁库仑振荡”提交给 J.Phys.Soc.Jpn。

K.Ono,H.Shimada,S.Kobayashi and Y.Ootuka: "Magnetoresistance of Ni/NiO/Co Small Tunnel Junctions in Coulomb Blockade Regime" J.Phys.Soc.Jpn.65. 3449-3451 (1996)

K.Ono、H.Shimada、S.Kobayashi 和 Y.Ootuka：“库仑封锁体系中 Ni/NiO/Co 小隧道结的磁阻”J.Phys.Soc.Jpn.65。

Y.Ootuka,K.Ono,H.Shimada and S.Kobayashi: "A new fablication method of ultra small tunnel junctions" Physica B. 227. 307-309 (1996)

Y.Ootuka、K.Ono、H.Shimada 和 S.Kobayashi：“超小型隧道结点的新制造方法”Physica B. 227. 307-309 (1996)

K.Ono,H.Shimada,S.Kobayashi and Y.Ootuka: "Giant Magnetoresistance in Ferromagnetic Small Tunnel Junctions Fabricated by Using Separate Mechanical Masks" Proceedings of QDS'96. 174 (1996)

K.Ono、H.Shimada、S.Kobayashi 和 Y.Ootuka：“使用单独的机械掩模制造的铁磁小隧道结中的巨磁阻”QDS96 论文集。