シリコン基板上ナノ構造誘起L10規則化強磁性体の実現と単電子スピンデバイスの創製

在硅衬底上实现纳米结构诱导的L10有序铁磁材料并创建单电子自旋器件

基本信息

批准号：
21J13665
负责人：
遠山諒
金额：
$ 0.96万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-28 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、電子線リソグラフィと電子線蒸着を組み合わせたリフトオフプロセスの最適化により、線幅20-30 nmの(Co/Pt)n多積層ナノワイヤをSi/SiO2基板上に再現性よく作製するための造形プロセスを確立した。その後、作製したナノワイヤにアニール処理を施すことで、10 nmスケールの非常に小さな曲率半径に起因したアニール中の原子の表面拡散と極めて大きな内部ストレスをL10規則化の駆動力として利用した、CoPtナノワイヤの「ナノ構造誘起L10規則化」を実現した。アニール後のCoPtナノワイヤのナノ構造誘起L10規則化を、走査電子顕微鏡 (SEM)、放射光を用いたすれすれ入射X線回折 (GI-XRD)、振動試料型磁力計 (VSM)、走査透過電子顕微鏡 (STEM) により解析した。二次元GI-XRD画像より、L10-CoPt 001, 110に起因する超格子反射を観察したことから、ナノワイヤのL10規則化を確認した。SEM観察とVSM測定結果より、ナノ構造誘起L10規則化CoPt強磁性ナノワイヤは、20-30 nmの線幅を有し、10 kOe以上の大きな保磁力を示すことを明らかにした。また、断面STEM像より、L10-CoPtに起因するCoとPtの単原子積層構造を確認した。さらに、極微電子回折 (NED) においても、L10-CoPtに起因する超格子反射を観察したことから、ナノワイヤのL10規則化を確認した。また、本年度は、ナノ構造誘起L10規則化CoPt強磁性ナノワイヤを用いてホール素子を作製し、異常ホール効果の測定を行った。その結果、ナノワイヤの線幅が10 umから100 nmに減少するにつれてホール抵抗率が減少する、ホール抵抗率に対するナノワイヤの線幅依存性を確認した。

今年，我们的目标是通过优化电子束光刻和电子束蒸发相结合的剥离工艺，在 Si/SiO2 衬底上制造线宽为 20-30 nm 的 (Co/Pt)n 多层纳米线，具有良好的重现性。建立了建模流程。之后，通过对制备的纳米线进行退火，利用退火过程中原子的表面扩散以及10 nm尺度上极小的曲率半径所产生的极大内应力作为L10正则化的驱动力，创建了CoPt纳米线。实现了纳米结构诱导的L10正则化。使用扫描电子显微镜 (SEM)、使用同步辐射的掠入射 X 射线衍射 (GI-XRD)、振动样品磁力计 (VSM) 和扫描透射电子显微镜 (STEM) 研究了退火后 CoPt 纳米线的纳米结构诱导的 L10 有序化。）分析。在二维 GI-XRD 图像中观察到由 L10-CoPt 001、110 引起的超晶格反射，证实了纳米线的 L10 有序性。 SEM观察和VSM测量结果表明，纳米结构诱导的L10有序CoPt铁磁纳米线具有20-30 nm的线宽和大于10 kOe的大矫顽力。此外，截面STEM图像证实了由L10-CoPt引起的Co和Pt的单原子堆叠结构。此外，在纳米电子衍射（NED）中观察到由L10-CoPt引起的超晶格反射，证实了纳米线的L10有序性。此外，今年，我们利用纳米结构诱导的L10有序CoPt铁磁纳米线制造了霍尔元件，并测量了反常霍尔效应。结果，我们证实了霍尔电阻率对纳米线线宽的依赖性，其中霍尔电阻率随着纳米线线宽从10 um减小到100 nm而降低。