強磁性トンネル効果の理論的研究

铁磁隧道效应的理论研究

• 批准号: 07640470
• 负责人: 前川 禎通
• 金额: $ 0.7万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for General Scientific Research (C)
• 财政年份: 1995
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1995 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-07640470/
• 关键词: 強磁性トンネル接合; 巨大磁気抵抗; 磁性微粒子; クーロン・ブロッケード; スピン・ブロッケード

2つの強磁性体を電極とし,十分に薄い絶縁体膜をトンネル障壁とする強磁性トンネル接合のトンネル電流は2つの電極の磁化の相対角度に依存し,いわゆる巨大磁気抵抗効果(GMR)を示す。強磁性トンネル接合での磁化過程とトンネル電流の関係は1980年(前川禎通:固体物理15,171('80))に初めて明らかにされたが,1988年の金属人工格子によるGMRの発見以来,その現象の類似性が認識されるようになってきた。そして,最近では様々な強磁性トンネル現象が実験的に示されている。その中に強磁性微粒子を含む酸化膜のGMR(H.Fujimori et al.:Mat.Sci.Eng.B31,219('95))がある。Al_2O_3中に数10Å程度の大きさのCo微粒子を分散させる。この場合,各微粒子は単磁区になっており,系は超常磁性を示す。この系では電気伝導は電子が絶縁体中をトンネルし,Co微粒子間を飛び移ることによる。さらにこのような微粒子系では電子が移動することによる静電エネルギーの変化も無視できない。すなわち,微粒子の電気容量が小さいため,電子のトンネルにより微粒子間で電荷のアンバランスが起こる。そのため静電エネルギーが増加し,トンネル効果が抑えられる。本研究では,磁性体間の電子のトンネル効果とトンネルとにより生じる静電エネルギーの変化を取り入れて,このような微粒子系のトンネルコンダクタンスの一般式を導き出した。今,強磁性体中の電子のスピン分極の割合をP,磁場により誘起される磁化の割合をm(0【less than or equal】m【less than or equal】1)とする時,コンダクタンスG=G_0(1+P^2m^2)exp(-2√2kC/K_BT).ここで,G_0は磁場の加わっていないときのコンダクタンス,Tは温度である。また,k及びCはそれぞれの障壁の電子状態及び微粒子の分布に依存する定数である。この式は上記の実験をうまく説明する。微小な系での静電エネルギーの変化がトンネル効果に本質的な働きをする例に単一電子トンネル素子がある。この系では電子の伝播経路に微小な領域が作られており,そこには電子が1個づつしか飛び込めない。この効果をクーロン・ブロッケイと呼ぶ。今,強磁性体でできた微小領域を2個電子の伝播経路に導入すると単一電子トンネル素子に磁場の効果がつけ加わる。これをスピン・ブロッケイドと呼ぶ。このように微細加工技術を用いてスピンの効果と静電エネルギーを組み合わせることにより新しい現象が期待される。

具有两个铁磁体作为电极和足够薄的绝缘膜作为隧道屏障的铁磁隧道连接的隧道电流取决于两个电极的磁化相对角度，并表现出所谓的巨型磁磁磁强度效应（GMR）。 1980年首次揭示了铁磁隧道连接中的磁化过程与隧道电流之间的关系（Maekawa tadatoshi：固态物理学15,171（'80）），但是由于1988年将GMR与金属人工晶格发现GMR以来，这种现象的相似性已成为认可。此外，最近已经显示了各种铁磁隧道现象。其中包括GMR（H. Fujimori等人：Mat。Sci。Eng。B31，219（'95）），其中包含铁磁性细颗粒。 Al_2O_3分散了大约几十Å的CO颗粒。在这种情况下，每个细粒子都是一个域，系统是超磁性的。在该系统中，电导传导是由电子通过绝缘子隧穿并在CO颗粒之间飞行的。此外，在如此细的粒子系统中，由于电子转移而导致的静电能的变化不容忽视。换句话说，由于细颗粒的电能很小，因此电子隧道会导致细颗粒之间的电荷不平衡。这增加了静电能并抑制隧道效应。在这项研究中，我们结合了由磁体和隧道之间电子的隧道效应引起的静电能的变化，并且我们得出了这种细颗粒系统的隧道电导的一般方程。现在，当铁磁材料中电子的自旋极化之比为p，磁场诱导的磁化比为m（0 [小于或等于] m [小于或等于] 1）时，电导g = g_0（1+p^2m^2）Exp（-2√2kc/k_bt）。在这里，G_0是当不施加磁场时的电导，而T是温度。同样，K和C是依赖于各个屏障的电子状态和细颗粒分布的常数。该方程很好地解释了上述实验。单电子隧道设备是一个示例，其中小型系统中静电能的变化基本上在隧道效果中起作用。在该系统中，在电子传播路径中创建了小区域，只有一个电子可以跳入那里。这种效果称为库仑面包杆。现在，当将由铁磁材料制成的小区域引入两个电子的传播路径中时，磁场的效果将添加到单电子隧道元件中。这称为自旋封锁。使用精细加工技术的自旋和静电能的效果的这种结合将导致新现象。

项目成果

R.Eder: "Ground State Properties and Dynamics of the Bilayer tJ Model" Phys.Rev.B. 52. 7709-7714 (1995)

R.Eder：“双层 tJ 模型的基态特性和动力学”Phys.Rev.B。

新庄輝也: "巨大磁気抵抗" 日本物理学会, (1996)

Teruya Shinjo：“巨磁阻”日本物理学会，（1996）

Y.Ohta: "Excitation Spectra of the Negative-U Hubbard Model:A Small-Cluster Study" Phys.Rev.B. 52. 15617-15620 (1995)

Y.Ohta：“负 U 哈伯德模型的激发光谱：小簇研究”Phys.Rev.B。

J.Inoue: "Spiral State and Giant Magnetoresistance in Perovskite Mn-Oxides" Phys.Rev.Lett.74. 3407-3410 (1995)

J.Inoue：“钙钛矿锰氧化物中的螺旋态和巨磁阻”Phys.Rev.Lett.74。

藤森啓安: "新素材を拓く,「金属人工格子」" アグネ技術センター, (1995)

Keiyasu Fujimori：“开辟新材料，‘金属人工晶格’”Agne 技术中心，(1995)