静電容量変化を利用した磁気スイッチング単電子素子の開発

利用电容变化开发磁开关单电子器件

基本信息

批准号：
17651081
负责人：
高梨弘毅
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Exploratory Research
财政年份：
2005
资助国家：
日本
起止时间：
2005 至 2006
项目状态：
已结题

项目摘要

ナノ粒子を薄い絶縁層を隔てて強磁性電極間に配置した微小構造では、スピン依存単一電子トンネル効果が生じるが、絶縁層の電子状態が外部磁場によって変化する場合や、絶縁層が十分薄く、トンネルコンダクタンスの変化によってキャパシタンス変化が生じる場合には、磁気抵抗効果に起因するスイッチング効果の発現が期待される。本研究は、この磁気スイッチング効果の基礎的理解と実証を狙うものであり、本年度は以下の研究を行った。作製した試料の構造は、Fe, FeCo, Au, Cr等のナノ粒子の上下にA10やMgO等の酸化物トンネルバリアを介して強磁性電極を配し、膜面垂直方向に電流を流すCPP構造とした。試料の面内サイズは、メタルマスクを用いた0.5mmx0.5mmから、電子線リソグラフィーによるサブミクロンサイズとした。膜成長ば分子線エピタキシーまたは超高真空スパッタを用いて行い、磁気伝導特性は微小電流計測の可能なエレクトロメータを用いて測定した。ナノ粒子のサイズやナノ粒子上のトンネルバリア層の平坦性等の制御は容易でなく、実験データを系統的に取得・解析することは困難であったが、いくつかの試料において、クーロンプロッケイドが見られ、更にトンネル磁気抵抗効果も観測された。特に、Crナノ粒子を用いた試料では、急峻な変化を示すクーロンプロッケイドと外部磁場に依存する電流電圧特性が観測された。また、Auナノ粒子を用いた試料では、磁気抵抗スイッチング効果の可能性を示す磁気抵抗変化が見られた。

自旋相关的单电子隧道发生在微结构中，其中纳米颗粒放置在铁磁电极之间，并用薄绝缘层将它们分开。当由于隧道电导的变化而发生电容变化时，预计会由于磁阻效应而产生开关效应。发生。本研究旨在对这种磁开关效应进行基本理解和论证，今年我们进行了以下研究。所制作的样品结构为CPP结构，其中铁磁电极通过A10或MgO等氧化物隧道势垒放置在Fe、FeCo、Au、Cr等纳米粒子的上方和下方，电流沿垂直方向通过到薄膜表面。样品的面内尺寸从使用金属掩模的0.5mm x 0.5mm改变为使用电子束光刻的亚微米尺寸。使用分子束外延或超高真空溅射进行薄膜生长，并使用能够测量微小电流的静电计测量磁导特性。纳米颗粒的尺寸和纳米颗粒上隧道势垒层的平坦度难以控制，并且难以系统地获取和分析实验数据，并且还观察到隧道磁阻效应。特别是，在使用Cr纳米粒子的样品中，观察到依赖于外部磁场的库仑封锁和电流-电压特性的急剧变化。此外，在使用Au纳米颗粒的样品中，观察到磁阻变化，表明磁阻开关效应的可能性。

项目成果

期刊论文数量（2）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Coulomb staircase and tunnel magnetoresistance in nanowire-shaped granular films

纳米线状颗粒薄膜中的库仑阶梯和隧道磁阻

DOI：
发表时间：
2006
期刊：
Journal of Magnetism and Magnetic Materials (in press)
影响因子：
0
作者：
氷室昭三;黒田英里;氷室昭三;氷室昭三;氷室昭三;氷室昭三;大野武雄;A.B.Randles;江刺正喜;M.Esashi;江刺正喜;Y.Nogi;K.Yakushiji
通讯作者：
K.Yakushiji

Preparation and magnetotransport properties of MgO-barrier-based magnetic double tunnel junctions including nonmagnetic nanoparticles

含非磁性纳米粒子的MgO势垒基磁性双隧道结的制备及其磁输运性能