独自低温金属蒸着法による酸化物エレクトロニクスの革新

使用独特的低温金属沉积方法进行氧化物电子学创新

基本信息

批准号：
22K18293
负责人：
Le DucAnh
金额：
$ 16.64万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-06-30 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

SrTiO3（STO）基板上に強磁性酸化物LaSrMnO3（LSMO）（La:Sr比＝0.67:0.33、膜厚～10 nm）の高品質ヘテロ接合を分子線エピタキシー装置（MBE）で結晶成長した。LSMOはキュリー温度が室温以上（～370K）で、フェルミレベルでスピン偏極率100％（ハーフメタリック状態）になることが知られており、スピントロニクスに非常に有望な酸化物材料である。我々が電子線描画装置を用いてLSMO薄膜を覆ったレジスト上にナノメートルの窓を開け、Arイオンを照射することによりLSMOを部分的に金属・絶縁体転移を起こす新しい方法を開発した。これによってLSMO薄膜面内に強磁性金属/トンネルバリア/強磁性金属構造を自由自在に作製することに成功した。特に金属LSMO電極2枚の磁化が平行・反平行に制御すると140％も大きいトンネル磁気抵抗効果を観測した（観測温度：2K）。本結果はプレナー型スピンバルブ効果の中で世界最大の磁気抵抗効果を実現したと言え、Si上の同じデバイス構造における磁気抵抗（～0.1%）を遥かに超えた。このトンネル磁気抵抗効果は温度が上昇すると共に減少しながら150Kまで観測できた。さらに、STO基板上に犠牲バッファー層であるSr3Al2O6(SAO)をMBEで結晶成長にも成功した。STO/SAO材料構造の上に真空一貫で強磁性LSMO薄膜を成膜し、水中でSAOが溶けることを利用して超薄膜LSMO（サイズ～10μm^2）を剥離法で作製することにも成功した。剥離されたLSMO膜は界面の磁気特性がより丈夫になることが期待でき、フレキシブル素子の実現に有望と共に、前半のLSMOによるプレナー型磁気トンネル接合構造を作製すればより高い動作温度が実現できると期待される。

使用分子束外延装置 (MBE) 在 SrTiO3 (STO) 基板上生长了高质量的铁磁氧化物 LaSrMnO3 (LSMO) 异质结（La:Sr 比例 = 0.67:0.33，膜厚约 10 nm）。 LSMO 的居里温度高于室温（~370K），并且在费米能级上自旋极化率为 100%（半金属态），使其成为自旋电子学中非常有前途的氧化物材料。我们使用电子束光刻系统在覆盖 LSMO 薄膜的抗蚀剂上打开纳米窗口，并开发了一种新方法，通过用 Ar 离子照射来部分诱导 LSMO 中的金属-绝缘体转变。结果，我们成功地在LSMO薄膜平面内自由制造铁磁金属/隧道势垒/铁磁金属结构。特别是，当两个金属LSMO电极的磁化控制为平行或反平行时，我们观察到了增大140%的隧道磁阻效应（观察温度：2K）。这一成果可以说实现了平面自旋阀效应中世界上最大的磁阻效应，远远超过了Si上相同器件结构的磁阻（~0.1%）。这种隧道磁阻效应随着温度的升高而减弱，并且可以在高达 150K 的温度下观察到。此外，我们还通过 MBE 在 STO 衬底上成功生长了牺牲缓冲层 Sr3Al2O6 (SAO)。采用真空工艺在STO/SAO材料结构上沉积铁磁LSMO薄膜，并利用SAO在水中的溶解作用，通过剥离方法成功制备了超薄LSMO薄膜（尺寸~10 μm^2）。。剥离后的LSMO薄膜有望在界面处具有更强的磁性，这对于柔性器件的实现来说是有希望的，并且通过利用LSMO的前半部分创建平面磁隧道结结构也有可能实现更高的工作温度。预期的。

项目成果

期刊论文数量（13）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

世界最高効率のスピン流電流変換を酸化物で実現

使用氧化物实现世界上最高效的自旋电流转换

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

Gate current modulation of current in the metal-insulator transition region of La0.67Sr0.33MnO3

La0.67Sr0.33MnO3金属-绝缘体过渡区电流的栅极电流调制

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Tatsuro Endo;Shun Tsuruoka;Yuriko Tadano;Shingo Kaneta-Takada; Le Duc Anh;Masaaki Tanaka;and Shinobu Ohya
通讯作者：
and Shinobu Ohya

Giant spin-valve effect in planar spin devices using an artificial implemented nanolength Mott-insulator region

使用人工实现的纳米长度莫特绝缘体区域的平面自旋器件中的巨大自旋阀效应

DOI：
10.1002/adma.202300110
发表时间：
2023
期刊：
Advanced Materials
影响因子：
29.4
作者：
T. Endo;S. Tsuruoka;Y. Tadano;S. Kaneta-Takada;Y. Seki;M. Kobayashi;L. D. Anh;M. Seki;H. Tabata;M. Tanaka;and S. Ohya
通讯作者：
and S. Ohya

Giant spin-valve effect in oxide-based lateral nano-scale channel devices

氧化物横向纳米级通道器件中的巨大自旋阀效应