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。今年，我们将 (1) 阐明钴基霍斯勒合金的电子态和磁性，该合金的居里温度高于铁基霍斯勒合金（与九州大学 Miyao 小组在这一特定领域进行合作），(2 ）Fe/半导体/Fe结。我们研究了自旋注入引起的界面电子状态和磁阻效应（与名古屋大学井上小组的联合研究）。关于(1)，通过第一性原理能带计算研究Co_3_xMn_xSi、Co_3_xMn_xGe和Co_3_xCr_xAl的体电子态，我们发现当Mn(或Cr)的成分x小于x=1时，电子态很明显，状态不再是半金属。此外，虽然Co_2MnSi/Si结界面附近Co_2MnSi的磁矩减小并且电子态不再是半金属，但很明显，可以通过改变结的取向和抑制磁矩的减小。界面原子层的终止。从体相和界面电子态的结果来看，为了在Co_2MnSi/Si(111)结中实现高效的自旋注入，需要对成分进行调制，使得整体区域富Mn，而邻近区域富Mn。接口是Si-差的。关于（2），Fe/GaAs/Fe(001)肖特基结中的磁阻效应强烈依赖于所施加的偏压，并且这种偏压依赖性可以通过肖特基势垒内形成的界面共振状态来理解。预计通过界面工程调节肖特基势垒的高度，将有可能控制界面共振态形成的能量，获得更大的磁阻效应。