Siベース・スピントロニクス素子の電子状態とスピン依存伝導現象の理論

硅基自旋电子器件中的电子态理论和自旋相关传导现象

基本信息

批准号：
19026006
负责人：
伊藤博介
金额：
$ 1.02万
依托单位：
Kansai University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2007
资助国家：
日本
起止时间：
2007 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19026006/
关键词：
スピンエレクトロニクス計算物理半導体物性磁性

项目摘要

本研究の目的は,スケーリング則の枠を超えた新機能デバイスとして,半導体べース・スピントロニクス素子(スピンMOSFET,スピントランジスタ)を開発することである。これらの素子は,既存の半導体テクノロジーでは実現不可能なデバイス(再構成可能な論理回路や高密度不揮発性メモリ等)への応用が期待されている。本年度は,Fe/半導体(100)接合および強磁性シリサイド/Ge(111)接合について,電子状態・磁性およびスピン依存伝導現象を調べた。得られた主な成果は以下の通りである。1.Fe/半導体(100)接合:Fe/Si接合について第一原理計算により電子状態を調べた。シリサイドが形成されないエピタキシャルな接合の場合には,界面Feは1.5から2.8[ボーア磁子/原子]の磁気モーメントを持つことが明らかとなった。また,得られた電子状態を用いてFe/n-Si接合の電流を計算したところ,高スピン偏極電流が得られた。また,この結果はFe/MgOトンネル接合の場合と同様に,ブロッホ波の対称性(Δ1バンド)によって理解できることも明らかとなった。2.強磁性シリサイド/Ge(111)接合:DO3型構造のFe3SiおよびCo3Siに対して電子状態を計算した。(111)配向の接合を考えた場合,Geの伝導帯下端はΛ1バンドである。Fe3Siの場合には,Λ1バンドはハーフメタル的な電子状態にはなっていない。一方,Co3Siの場合には,Λ1バンドはほぼハーフメタル的となっていることがわかった。このことから,エピタキシャルなCo3Si/Ge(111)接合を作成することができれば,Fe3Siを用いた場合よりも,より高いスピン偏極率の電流,あるいはより大きな磁気抵抗効果が得られると予想される。

这项研究的目的是开发基于半导体的自旋电子器件（自旋MOSFET、自旋晶体管）作为超越尺度定律框架的新功能器件。这些器件有望应用于无法使用现有半导体技术实现的器件，例如可重构逻辑电路和高密度非易失性存储器。今年，我们研究了 Fe/半导体 (100) 结和铁磁硅化物/Ge (111) 结的电子态、磁性和自旋相关传导现象。得到的主要结果如下。 1. Fe/半导体（100）结：通过第一性原理计算研究了Fe/Si结的电子态。在没有形成硅化物的外延结的情况下，发现界面Fe具有1.5至2.8[玻尔磁子/原子]的磁矩。此外，当使用获得的电子状态计算Fe/n-Si结中的电流时，获得了高自旋极化电流。研究还表明，这一结果可以通过布洛赫波（Δ1 带）的对称性来理解，就像 Fe/MgO 隧道结的情况一样。 2.铁磁硅化物/Ge(111)结：我们计算了具有DO3型结构的Fe3Si和Co3Si的电子态。当考虑具有（111）取向的结时，Ge导带的下端是Λ1带。对于 Fe3Si，Λ1 能带不具有半金属电子态。另一方面，在 Co3Si 的情况下，Λ1 能带被发现几乎是半金属状的。由此，预计如果能够形成外延Co3Si/Ge(111)结，则可以获得比使用Fe3Si时具有更高自旋极化或更大磁阻效应的电流。