強磁性金属／半導体ハイブリッド量子スピントロニクスデバイス

铁磁金属/半导体混合量子自旋电子器件

基本信息

批准号：
20J12256
负责人：
鈴木亮太
金额：
$ 1.09万
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：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Feとの格子整合性が良い酸化物半導体SrTiO3を用いて、Fe/MgO/Fe/γ-Al2O3/Nb:SrTiO3からなる、フルエピタキシャル二重障壁磁気トンネル接合素子を、分子線エピタキシー法により作製した。反射高速電子回折像および透過電子顕微鏡像により、すべての層がエピタキシャル成長していることを確認した。電気伝導測定を行ったところ、300 Kで219%もの大きなトンネル磁気抵抗比を観測した。これは典型的なFe/MgO/Feのものよりも大きく、Nb:SrTiO3電極の面内フェルミ波数が小さいことに起因したk-space filteringによってトンネル磁気抵抗効果が増大した可能性がある。バンド計算を行ってみたところ、実際にNb:SrTiO3の面内フェルミ波数はトンネル磁気抵抗効果の増大が見込めるほど小さいことが分かった。本研究の結果は、FeやFeをベースとした磁気トンネル接合素子と、酸化物半導体であるSrTiO3との良い整合性を示す結果であると考えられる。また、同様の素子構造において、バイアス電圧を上昇させると、トンネル磁気抵抗比が上昇するという特異な現象を観測した。この原因を探るため、電気伝導測定を行ったところ、ゼロバイアス近傍では、クーロンブロッケード効果に起因して、γ-Al2O3層の抵抗値が支配的であることがわかった。これにより、低バイアス電圧領域ではFe/MgO/Fe層の電圧降下がほとんど起こらず、その結果、非常に高いバイアス電圧領域においても、大きなトンネル磁気抵抗効果が観測されることがわかった。実験的には、3.5 Kで、バイアス電圧－4 Vにおいても、23%のトンネル磁気抵抗比が得られた。この結果により、磁気トンネル接合素子にFe/γ-Al2O3/Nb:SrTiO3層を接続することで、高バイアス領域においても、高いトンネル磁気抵抗比が得られる手法を確立した。

使用具有良好晶格兼容性的氧化物半导体SRTIO3，由Fe/mo/fe/fe/γ-Al2O3/nb制成的完整外部外延双屏障磁力隧道连接装置：由分子束外部射击制造。反射的高速电子衍射图像和透射电子显微镜图像证实了所有层均在司法上生长。电导传导测量结果显示，在300 K处的较大隧道磁场比率为219％。这大于典型的Fe/mgo/fe，并且可能由NB的小平面内部波动波数量引起的k空间滤波：SRTIO3电极会增加隧道磁力磁盘的效应。当我们执行频带计算时，我们发现NB：SRTIO3的平面内部Fermi波数实际上足够小，以允许增加隧道磁路阻力效应。这项研究的结果被认为是表现出Fe和Fe的磁性隧道连接元件与氧化物半导体SRTIO3之间良好兼容性的结果。此外，在类似的设备结构中，在增加偏置电压时，隧道磁场比率增加的独特现象会增加。为了找出原因，我们进行了电导传导测量结果，发现γ-Al2O3层的电阻值由于库仑阻断效应而占零偏置附近的抗性值。这表明低偏置电压区域的Fe/MgO/Fe层几乎没有电压下降，因此，即使在极高的偏置电压区域，也可以观察到较大的隧道磁场效应。在实验上，在3.5 k处获得23％的隧道磁路比，并以-4 V的偏置电压获得。该结果已建立，以建立一种方法，即使在FE/γ -Al2O3/NB：SRTIO3层连接到Mainter the Election element the Mampecte tun tunction中，即使在高偏置区域也可以在高偏置区域获得高隧道磁场比率。