金属・非金属接合における磁気抵抗効果の理論的研究

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最近、磁性金属/絶縁体/磁性金属のトンネル接合や、高抵抗金属微粒子膜において大きな磁気抵抗効果が見い出されている。本研究の目的は、新たに見いだされた大きなトンネル型磁気抵抗が何に起因するのか、どのような物質の組み合わせで大きな磁気抵抗が出現するのか、という点を明らかにすること、および、磁性金属と半導体との三層膜を含め、磁性金属・非金属接合における界面状態の伝導現象に対する効果を明らかにすることである。本研究では、磁性金属/絶縁体/磁性金属トンネル接合における磁気抵抗効果に対する界面の乱れの効果と、金属/半導体/金属接合における電気伝導に対する半導体内部の不純物の効果を取り上げた。まず、久保公式を用い、界面の乱れに対してCPAを適用して、トンネルコンダクタンスの表式を導いた。タイト・バインディング模型を用いてトンネルコンダクタンスと磁気抵抗比の計算を行った結果以下のことが明らかになった。自由電子模型と異なり、タイト・バインディング模型では、バンドが閉じている効果が顕著に現れ、このため磁気抵抗比が大きくなる。しかし、乱れの効果はそれを押さえるように働く。これらの点は、数値シミュレーションによるコンダクタンスの直接計算によっても確認された。金属/半導体/金属接合おける不純物効果はこの数値シミュレーション法により計算した。半導体のミニバンド構造と不純物準位との干渉効果がコンダクタンスに大きな影響を与えることが明らかにされた。