独自低温金属蒸着法による酸化物エレクトロニクスの革新

使用独特的低温金属沉积方法进行氧化物电子学创新

• 批准号: 22K18293
• 负责人: Le DucAnh
• 金额: $ 16.64万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18293/
• 关键词: 酸化物材料; 磁気抵抗効果; フレキシブル素子; スピントロニクス; 金属・絶縁体転移; 剥離法; ハーフメタリック; 分子線エピタキシー成長法; 蒸着法; 2次元キャリアガス

SrTiO3（STO）基板上に強磁性酸化物LaSrMnO3（LSMO）（La:Sr比＝0.67:0.33、膜厚～10 nm）の高品質ヘテロ接合を分子線エピタキシー装置（MBE）で結晶成長した。LSMOはキュリー温度が室温以上（～370K）で、フェルミレベルでスピン偏極率100％（ハーフメタリック状態）になることが知られており、スピントロニクスに非常に有望な酸化物材料である。我々が電子線描画装置を用いてLSMO薄膜を覆ったレジスト上にナノメートルの窓を開け、Arイオンを照射することによりLSMOを部分的に金属・絶縁体転移を起こす新しい方法を開発した。これによってLSMO薄膜面内に強磁性金属/トンネルバリア/強磁性金属構造を自由自在に作製することに成功した。特に金属LSMO電極2枚の磁化が平行・反平行に制御すると140％も大きいトンネル磁気抵抗効果を観測した（観測温度：2K）。本結果はプレナー型スピンバルブ効果の中で世界最大の磁気抵抗効果を実現したと言え、Si上の同じデバイス構造における磁気抵抗（～0.1%）を遥かに超えた。このトンネル磁気抵抗効果は温度が上昇すると共に減少しながら150Kまで観測できた。さらに、STO基板上に犠牲バッファー層であるSr3Al2O6(SAO)をMBEで結晶成長にも成功した。STO/SAO材料構造の上に真空一貫で強磁性LSMO薄膜を成膜し、水中でSAOが溶けることを利用して超薄膜LSMO（サイズ～10μm^2）を剥離法で作製することにも成功した。剥離されたLSMO膜は界面の磁気特性がより丈夫になることが期待でき、フレキシブル素子の実現に有望と共に、前半のLSMOによるプレナー型磁気トンネル接合構造を作製すればより高い動作温度が実現できると期待される。

SrTiO3 (STO) on the substrate of ferromagnetic acid LaSrMnO3 (LSMO)(La:Sr ratio =0.67:0.33, film thickness ~10 nm) high-quality joint molecular wire device (MBE) crystal growth. The temperature of LSMO is above room temperature (~370K), the polarization rate of SPINTON is 100%(Hahafimaitarickaka state), and SPINTON is a very promising acidifier material. We have developed a new method for electron line drawing using LSMO thin film as a coating material. The LSMO thin film has been successfully fabricated in a ferromagnetic metal structure. Special metal LSMO electrode magnetization parallel and anti-parallel control, 140% of the maximum magnetic resistance test results (test temperature: 2K) The results show that the largest magnetic resistance effect in the world is realized in the middle of the model, and the magnetic resistance of the same structure on Si (~0.1%) is far higher. The magnetic field resistance of this kind is reduced by a total of 150K due to temperature rise. Sr3Al2O6 (SAO) crystal growth on STO substrates STO/SAO material structure was successfully fabricated by vacuum consistent ferromagnetic LSMO thin film deposition and SAO dissolution in water using lift-off method for ultra-thin film LSMO (1 ~10μm^2). The magnetic properties of the LSMO film interface are expected to be higher than those of the first half of the LSMO film.

项目成果

Giant spin-charge conversion in an all-epitaxial single-crystal-oxide Rashba LaTiO3+δ/SrTiO3 heterostructure

全外延单晶氧化物 Rashba LaTiO3+δ/SrTiO3 异质结构中的巨大自旋电荷转换

• 发表时间: 2023
• 作者: Shingo Kaneta-Takada;Miho Kitamura;Shoma Arai;Takuma Arai;Ryo Okano;Le Duc Anh;Tatsuro Endo;Koji Horiba;Hiroshi Kumigashira;Masaki Kobayashi;Munetoshi Seki;Hitoshi Tabata;Masaaki Tanaka;Shinobu Ohya
• 通讯作者: Shinobu Ohya

Giant spin-valve effect in oxide-based lateral nano-scale channel devices

氧化物横向纳米级通道器件中的巨大自旋阀效应

• 发表时间: 2022
• 作者: Tatsuro Endo;Shun Tsuruoka;Shingo Kaneta-Takada;Le Duc Anh;Masaaki Tanaka;and Shinobu Ohya
• 通讯作者: and Shinobu Ohya

Giant spin-valve effect in planar spin devices using an artificial implemented nanolength Mott-insulator region

使用人工实现的纳米长度莫特绝缘体区域的平面自旋器件中的巨大自旋阀效应

• DOI: 10.1002/adma.202300110
• 发表时间: 2023
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: T. Endo;S. Tsuruoka;Y. Tadano;S. Kaneta-Takada;Y. Seki;M. Kobayashi;L. D. Anh;M. Seki;H. Tabata;M. Tanaka;and S. Ohya
• 通讯作者: and S. Ohya

世界最高効率のスピン流電流変換を酸化物で実現

使用氧化物实现世界上最高效的自旋电流转换

Nanoscale metal-insulator transition of La0.67Sr0.33MnO3 and its application to two-terminal spin-valve devices and spin MOSFET

La0.67Sr0.33MnO3的纳米级金属-绝缘体转变及其在两端自旋阀器件和自旋MOSFET中的应用

• 发表时间: 2023
• 作者: Tatsuro Endo;Shun Tsuruoka;Yuriko Tadano;Shingo Kaneta-Takada;Le Duc Anh;Masaaki Tanaka;and Shinobu Ohya
• 通讯作者: and Shinobu Ohya