酸化物界面を用いた高効率スピン流電流変換の実証とスピントロニクスデバイスの創出

演示使用氧化物界面的高效自旋电流转换和自旋电子器件的创建

• 批准号: 22KJ0615
• 负责人: 高田 真悟
• 金额: $ 1.98万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KJ0615/
• 关键词: スピントロニクス; スピン流-電流変換; ペロブスカイト酸化物; 分子線エピタキシー; ワイルフェルミオン; ペロブスカイト型酸化物; 二次元電子ガス

本研究では、ペロブスカイト酸化物界面の二次元電子ガスを用いたスピン流-電流相互変換の物理現象開拓と超低消費電力動作可能なメモリの実現を目指す。本年度は、高効率なスピン流-電流変換を実現するための材料設計指針を確立した。さらに、メモリ動作に向けて、強磁性ペロブスカイト酸化物であるSrRuO3に着目し、分子線エピタキシー法を用いてSrTiO3基板上に作製を行った。電気伝導評価から、最高品質クラスのSrRuO3薄膜の作製に成功した。我々は高磁場を印加することで、電気伝導の量子振動や正の線形磁気抵抗効果が観測し、ワイルフェルミオンによる伝導と結論付けた。磁場の印加角度を変え、量子振動が印加角度に応じてシフトしていく結果が得られた。これは二次元伝導の特徴的な結果であり、SrRuO3のワイルフェルミオンにおけるフェルミアーク由来と考えられる。さらに、膜厚依存性を調べることで、量子振動の位相が変化する現象を観測し、フェルミアークの理論と一致することが確認できた。また、意図的にRuを欠損させたSrRuO3薄膜を作製し、膜厚依存性を調べることで、スキルミオンによるトポロジカルホール効果の探索を行った。磁気伝導現象を測定することで、Ruが欠損した極薄膜でのみしかトポロジカルホール効果が表れないことが分かった。世界最高品質のSrRuO3の膜厚依存性と比較することで、Ruが欠損したSrRuO3極薄膜で現れるトポロジカルホール効果は、スキルミオン由来ではなく複数のドメインによる異常ホール効果の重ね合わせで説明できることが分かった。

This study aims to explore the physical phenomena of current-current interaction and the realization of ultra-low power consumption behavior in the application of two-dimensional electron interaction at the interface of acid compounds. This year's high efficiency current-current conversion has established material design guidelines. In addition, the magnetic properties of SrTiO3 were determined by the molecular wire method. Electrical conductivity evaluation, the highest quality of SrRuO3 thin film production success. The results show that high magnetic field induced vibration, electric conduction, quantum vibration and linear magnetic resistance can be measured and compared with high magnetic field induced vibration. The magnetic field angle, quantum vibration, and the angle of rotation are the results. This is the result of the quadratic transmission characteristics. SrRuO3 is the origin of the transmission characteristics. The phenomenon of phase change of quantum vibration is measured and confirmed by the theory of film thickness dependence. In addition, the film thickness dependence of SrRuO3 thin film is also investigated. Magnetic conduction phenomena are measured in the following ways: The film thickness dependence of SrRuO3, the highest quality in the world, is compared with that of SrRuO3 thin films.

项目成果

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

Wide-Range Epitaxial Strain Control of Electrical and Magnetic Properties in High-Quality SrRuO3 Films

• DOI: 10.1021/acsaelm.1c00288
• 发表时间: 2021-01
• 期刊: ACS Applied Electronic Materials
• 影响因子: 4.7
• 作者: Y. Wakabayashi;Shingo Kaneta-Takada;Y. Krockenberger;Y. Taniyasu;Hideki Yamamoto

強相関金属を用いた単結晶酸化物ラシュバ界面における巨大スピン流電流変換

使用强相关金属在单晶氧化物 Rashba 界面处进行巨大自旋电流转换

• 发表时间: 2023
• 作者: 金田真悟;北村未歩;荒井勝真;新居 拓眞、 岡野諒;レデゥックアイン,遠藤達朗;堀場弘司;組頭広志;小林正起;関宗俊;田畑仁;田中雅明;大矢忍
• 通讯作者: 大矢忍

エピタキシャルSrRuxO3(x = 0.7 and 1)薄膜でのオフストイキオメトリーの結晶構造、電気伝導特性への影響

非化学计量对外延 SrRuxO3 (x = 0.7 和 1) 薄膜晶体结构和导电性能的影响

• 发表时间: 2021
• 作者: 若林勇希;金田真悟;ヨシハルクロッケンバーガー;大矢忍;田中雅明;谷保芳孝;山本秀樹
• 通讯作者: 山本秀樹

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