自己形成による磁性ナノドットの作製とスピン依存単一電子トンネルの研究

自组装磁性纳米点的制备及自旋相关单电子隧道效应的研究

基本信息

批准号：
02F00798
负责人：
高梨弘毅
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

強磁性金属を用いた微小多重トンネル接合では、スピンに依存した単一電子トンネル効果が発現する。このスピン依存単一電子トンネル効果は、次世代の大容量不揮発磁気ランダムアクセスメモリ等のスピンエレクトロニクスデバイスへの応用の可能性を有しており、これまで種々の基礎研究が行なわれてきた。研究代表者らのグループでは、Coナノ粒子がアルミナ母相中に密に分散したグラニュラー薄膜を用いて、単一電子トンネル素子を作製し、その特徴的な振る舞いや新規な現象を明らかにしてきたが、Co-Al-Oグラニュラー薄膜の粒径や粒間距離の分布のために系統的なデータの取得が困難であり、解決すべき問題も少なくない。本研究課題では、島状成長モードを利用したナノスケールの磁性ドットの作製とそのスピン依存単一電子トンネル効果への応用を検討した。Fe(100)単結晶膜上にMgOトンネルバリアをエピタキシャル成長させ、その原子オーダーで平坦な表面上にFeドットの成長を試みた。さらにその上に上部MgOバリアとCo電極をエピタキシャル成長させた。電子顕微鏡で観察された試料構造は極めた平坦であり、磁性ドットと上下電極の距離が良く定義されたものとなっている。このような構造制御性に優れた構造では、明瞭なスピン依存単一電子トンネル効果が発現すると考えられ、実際にその伝導特性の測定において、明瞭なクーロン階段とトンネル磁気抵抗効果の振動現象を観測することができた。クーロン階段から評価したFeドットの帯電エネルギーは電子顕微鏡と走査トンネル顕微鏡によって見積もられた粒子サイズとコンシステントであった。

自旋相关的单电子隧道效应发生在使用铁磁金属的微多隧道结中。这种自旋相关的单电子隧道效应有潜力应用于自旋电子器件，例如下一代大容量非易失性磁性随机存取存储器，迄今为止已经开展了各种基础研究。该研究代表小组利用Co纳米粒子密集分散在氧化铝基体中的粒状薄膜制造了单电子隧道器件，并阐明了其特征行为和新现象，但由于其原因，很难获得系统数据。 Co-Al-O颗粒薄膜的晶粒尺寸和晶间距离的分布，还有许多问题需要解决。在这个研究项目中，我们研究了使用岛生长模式制造纳米级磁点及其在自旋相关单电子隧道中的应用。我们在 Fe(100) 单晶薄膜上外延生长了 MgO 隧道势垒，并尝试在原子级平坦的表面上生长 Fe 点。此外，在其顶部外延生长了上部 MgO 势垒层和 Co 电极。用电子显微镜观察到的样品结构非常平坦，磁点与上下电极之间的距离清晰。在这种具有优异结构可控性的结构中，人们认为会发生明显的自旋相关单电子隧道效应，并且在其导电性能的实际测量中，我们观察到了明显的库仑阶跃和隧道磁阻效应的振荡现象。能够。从库仑阶梯估计的铁点的充电能量与通过电子显微镜和扫描隧道显微镜估计的粒径一致。