強相関系酸化物ナノ構造による室温動作スピントロニクスデバイスの創製

使用强相关氧化物纳米结构创建室温自旋电子器件

• 批准号: 05J09293
• 负责人: 佐藤 一成
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2005
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2005 至 2007
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05J09293/
• 关键词: スピントロニクス; 強相関系酸化物; トンネル磁気抵抗効果; ナノ構造; レーザー分子線エピタキシー

次世代の電界効果型不揮発性磁気メモリを実現するために、Fe_<2.5>Mn_<0.5>O_4/Nb:SrTiO_3ショットキーバリアダイオードの作製と評価をおこなった。低キャリア濃度、高耐酸化性等優れた物性を有するFe_<2.5>Mn_<0.5>O_4(FMO)を用いた接合を作製し、強磁性半導体FMO/金属界面の結晶学的、電気的・磁気的特性、および分光評価をおこなった。レーザー分子線エピタキシー(MBE)法により、FMO薄膜をSrTiO_3(STO)(001)、Nb:SrTiO_3(NbSTO)(001)、およびX線回折評価のためAl_2O_3(AlO)(001)基板上にそれぞれ成長させた。STOは高誘電体であるため、例えばこれをゲート絶縁膜として用いた場合、非常に大きな変調効果が期待できる。また、Nbをドープすることで導電性を得る。FMO/NbSTO界面で良好なショットキー障壁を形成することを電流電圧特性から確認した。また、AlO(001)基板上においては、FMOは(111)面で成長するため、(強)誘電体層等と組み合わせる場合に異なる配向性を制御できる。FMO薄膜は異常ホール測定において、極薄膜10nmにおいてもキャリアのスピン偏極を示し、これはFMOの特長である。STO上FMOは結晶性が悪く晶系を特定するに至らなかったが、その電気特性、磁気特性は格子整合性の良いMgO上のものと比較して極端に悪化しておらず、基板情報とほぼ無関係に成長しているものと思われる。また、硬X線光電子分光により、Fe_<3-x>Mn_xO_4/Nb:SrTiO_3界面の電子構造評価において、Nb(0.1wt.%):SrTiO_3側のSr2pスペクトルにおいて、脱出角度(TOA)89degから30degまで測定したところ、単調なスペクトルピークシフトが観測され、ショットキー界面近傍の静電ポテンシャルの変化を反映した結果が得られた。さらに、フェルミレベル付近の価電子帯の状態密度はMn置換量が増加するにつれて減少し、それとともにスペクトルは高エネルギー側にシフトしていることがわかった。x=1.0においてはクーロンギャップが形成されていることがわかった。これにより、実効的なショットキー障壁高さをMn置換量により直接的に制御できる。今回Fe_<2.5>Mn_<0.5>O_4/Nb:SrTiO_3構造において得られた知見は、強相関電子系酸化物界面の電子状態評価やヘテロ構造デバイス作製に重要である。

The next generation of electrical field effect non-reactive magnetic field is produced by Fe_<2.5>Mn_<0.5>O_4/Nb:SrTiO_3 system. The excellent properties include Fe_ Mn_ O_4(FMO), Fe-Fe<2.5>_O_4, Fe-Mn_<0.5>O_4, Fe- FMO thin films SrTiO_3(STO)(001), Nb:SrTiO_3(NbSTO)(001), Al_2O_3 (Al_2O_3)(Al_2O_2O_2O_3)(Al_2O_2O)(Al_2O_2O)(Al_2O_2O_2O)(Al_2O_ STO has high conductivity, high conductivity, and low conductivity. The conductivity of Nb and Nb was obtained. The FMO/NbSTO interface is well formed and the current voltage characteristics are confirmed. The anisotropy is controlled in the case of formation of a dielectric layer on an AlO(001) substrate, growth of an FMO (111) plane, etc. FMO thin film abnormal color measurement, polar thin film 10nm color measurement FMO on STO is characterized by crystallinity, electrical and magnetic properties, lattice conformity, and good MgO properties. Evaluation <3-x>of electronic structure of Fe_ Mn_xO_4/Nb:SrTiO_3 interface by hard X-ray photoelectron spectroscopy, Nb(0.1wt.%): SrTiO_3-side Sr2p separation angle (TOA)89deg. 30deg. measurement, single phase separation angle (TOA) 89 deg. The density of state of the electron spectrum increases with Mn substitution, and decreases with Mn substitution. x=1.0 The barrier height and Mn substitution amount are directly controlled. In this paper, it is very important to know the electronic state of Fe_<2.5>Mn_<0.5>O_4/Nb:SrTiO_3 structure and to evaluate the electronic state of Fe_ Mn_O_4/Nb:SrTiO_3 structure.

项目成果

Substrate-induced strain effects on the transport properties of pulsed laser-deposited Nb-doped SrTiO3 films

• DOI: 10.1063/1.2187439
• 发表时间: 2006-03
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: W. Ramadan;S. Ogale;S. Dhar;Shixiong Zhang;D. Kundaliya;I. Satoh;T. Venkatesan

電界制御型不揮発性磁気メモリ

电场控制的非易失性磁存储器

• 发表时间: 2005

Room-temerature spin-polarized Fe_<2.5>Mn_<0.5>O_4 ultrathin films grown on MgO substrates

MgO衬底上生长的室温自旋极化Fe_<2.5>Mn_<0.5>O_4超薄膜

• 发表时间: 2006
• 期刊: Appl.Phys.Lett. (in press)
• 作者: Issei Satoh;et al.
• 通讯作者: et al.