スピン注入磁化反転を用いたスピントランジスタの開発

本研究の目的はスピントランジスタとよばれる従来とは異なったデバイスの作製及びそのデバイスの評価である。今年度は大きく分けて次の2点を中心に研究を行った。1.高周波増幅作用:昨年度に引き続きスピントランジスタが持つ新たな性能の一つとして、高周波電力の増幅作用に関して研究を行った。前年度においては、その増幅作用の大きさは最大0.07程度と、増幅作用を示す値1と比較して非常に小さかった。そこでまず実験で得られた値が物理的に正しいのかを評価するために、マクロマグネティックシミュレーションを用いて実験の再現を試みた。実験から得られた値を元にシミュレーションを行うと、実験結果を定性的に再現することに成功した。これにより、増幅率のさらなら増大が見込まれることを示した。さらに、より絶縁耐性の大きな素子において大きなバイアス電圧を印加することで増幅率を最大0.27まで大きくすることに成功した。これはこれまで報告されたスピントランジスタにおける高周波増幅の値の中で最も大きな値である。2.スピントランジスタの理論的考察:これまでは電流磁場を用いたスピントランジスタの評価を行ってきた。「電流磁場駆動型」に関する実験によって得た評価を用いることで本研究の主目的である「スピン注入型」のスピントランジスタとの理論的比較を再び行った。その結果、スピン注入型は素子サイズが小さくなっても増幅率が大きくスケーリングに優位性を持っているが、不揮発性ロジック構成に必要なファンアウト(一つの素子でいくつの素子を駆動することができるか)に関しては「電流磁場駆動型」の方が大きくなるという結論を導いた。これにより不揮発性ロジック構成に組み込むのは「電流磁場駆動型」の方が優位である。この結論は、スピントランジスタのみならず不揮発性技術全般においても非常に重要である。

本研究の目的はスピントランジスタとよばれる従来とは異なったデバイスの作製及びそのデバイスの評価である。今年度は大きく分けて次の2点を中心に研究を行った。1.高周波増幅作用:昨年度に引き続きスピントランジスタが持つ新たな性能の一つとして、高周波電力の増幅作用に関して研究を行った。前年度においては、その増幅作用の大きさは最大0.07程度と、増幅作用を示す値1と比較して非常に小さかった。そこでまず実験で得られた値が物理的に正しいのかを評価するために、マクロマグネティックシミュレーションを用いて実験の再現を試みた。実験から得られた値を元にシミュレーションを行うと、実験結果を定性的に再現することに成功した。これにより、増幅率のさらなら増大が見込まれることを示した。さらに、より絶縁耐性の大きな素子において大きなバイアス電圧を印加することで増幅率を最大0.27まで大きくすることに成功した。これはこれまで報告されたスピントランジスタにおける高周波増幅の値の中で最も大きな値である。2.スピントランジスタの理論的考察:これまでは電流磁場を用いたスピントランジスタの評価を行ってきた。「電流磁場駆動型」に関する実験によって得た評価を用いることで本研究の主目的である「スピン注入型」のスピントランジスタとの理論的比較を再び行った。その結果、スピン注入型は素子サイズが小さくなっても増幅率が大きくスケーリングに優位性を持っているが、不揮発性ロジック構成に必要なファンアウト(一つの素子でいくつの素子を駆動することができるか)に関しては「電流磁場駆動型」の方が大きくなるという結論を導いた。これにより不揮発性ロジック構成に組み込むのは「電流磁場駆動型」の方が優位である。この結論は、スピントランジスタのみならず不揮発性技術全般においても非常に重要である。