半導体ベース・スピントロニクス素子の電子状態と電気伝導特性

半导体自旋电子器件的电子态和导电特性

基本信息

批准号：
20035015
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：
2008
资助国家：
日本
起止时间：
2008 至 2009
项目状态：
已结题

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,半導体ベース・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。本年度は(1)Fe系ホイスラー合金と比べキュリー温度の高いCo系ホイスラー合金の電子状態・磁性の解明(九大・宮尾グループとの本特定領域内連携),(2)Fe/半導体/Fe接合における界面電子状態とスピン注入による磁気抵抗効果の解明(名大・井上グループとの共同研究),を行った。(1) に関しては,Co_3_xMn_xSi,Co_3_xMn_xGe,Co_3_xCr_xAlについてバルクの電子状態を第一原理バンド計算により調べた結果,Mn(あるいはCr)の組成xがx=1よりも小さくなると電子状態はハーフメタルでなくなることが明らかとなった。また,Co_2MnSi/Si接合の界面近傍ではCo_2MnSiの磁気モーメントが低下し電子状態はハーフメタルでなくなるものの,接合の配向や界面原子層の終端を工夫することで磁気モーメントの低下を抑制できることが明らかとなった。バルクおよび界面の電子状態の結果から,Co_2MnSi/Si(111)接合において高効率なスピン注入を実現するためには,全体としてはMn-richで界面近傍はSi-poorとなるよう組成変調すればよいと予想される。(2) に関しては,Fe/GaAs/Fe(001)ショットキー接合において磁気抵抗効果は印加バイアスに大きく依存すること,このバイアス依存性はショットキー・バリア内に形成される界面共鳴状態によって理解できることが明らかとなった。界面エンジニアリングによりショットキー・バリアの高さを調節することで,界面共鳴状態の形成されるエネルギーを制御し,より大きな磁気抵抗効果を得ることができると予想される。

这项研究的目的是开发基于半导体的自旋设备（自旋MOSFET，自旋晶体管），因为新功能设备超出了缩放规则的范围。 This year, we investigated the electronic state and magnetism of Co-based Heusler alloys with a higher Curie temperature than Fe-based Heusler alloys (in this specific area collaboration with Kyushu University and Miyao Group), and (2) elucidated the interface electronic states in Fe/semiconductor/Fe junctions and the magnetoresistance effect caused by spin injection (collaboration with Nagoya University and Inoue Group).关于（1），我们使用First-Principles频段计算研究了CO_3_XMN_XSI，CO_3_XMN_XGE和CO_3_XCR_XAL的批量电子状态，并且当Mn（或Cr）的组成x = 1时，揭示了电子状态小于x = 1时，电子状态变为一半金属。此外，尽管CO_2MNSI/SI连接的磁矩在界面附近降低，并且电子状态不再是一半金属，但已经发现，通过设计连接的方向和界面的终止，可以抑制磁矩的减小。基于批量和界面的电子状态的结果，预计为了在CO_2MNSI/SI（111）连接中获得高效的自旋注入，应进行组成调制，以便整体富含Mn的MN富含MN富含界面的Si-Pooor附近是SI-POOR。关于（2），已经揭示了磁取力效应在很大程度上取决于Fe/Gaas/Fe（001）Schottky连接处的应用偏置，并且这种偏见依赖性可以通过Schottky壁垒中形成的界面共振状态来理解。通过通过界面工程来调整肖特基屏障的高度，可以预期可以控制界面共振状态中形成的能量，从而产生更大的磁磁效果。