極薄グラニュラー薄膜の単電子トンネル効果を利用した巨大磁気低抗材料の開発

利用超薄颗粒薄膜单电子隧道效应开发巨磁低阻材料

• 批准号: 13750645
• 负责人: 三谷 誠司
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2001
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2001 至 2002
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13750645/
• 关键词: 単電子トンネリング; 巨大磁気抵抗; グラニュラー薄膜; ナノ構造; スピン依存トンネリング; 電流電圧特性; クーロンブロッケイド; クーロン階段

トンネル磁気抵抗効果(TMR)の磁気記録分野での応用を目指して。アルミナをトンネル障壁層としたコンベンショナルなプラナー型強磁性トンネル接合の研究が進んでいる。しかし、磁気記録の将来を展望した場合には、より大きなTMRやTMRに附随した新規機能性の開拓が不可欠であり、近年、TMRに関し種々の新しい試みがなされている。単電子トンネル効果を利用したTMRでは、通常のトンネル接合以上の大きさのTMRが期待されることに加えて、動作電圧によってTMRを制御できる可能性がある。本研究では数ナノから数十ナノメートルの極薄のCo-Al-Oグラニュラー薄膜を上下電極で挟んだナノ構造試料を作製し、膜面垂直方向のトンネル電流におけるスピンに依存した単電子トンネル効果を調べた。電子線リソグラフィー法によりサブミクロンサイズの試料を作製し、トンネル電流を調べた。昨年までの試料に比べて、試料作製上の細かな工夫を行っており、試料によってはS/N比にすぐれた測定ができた。以前と同様にTMRの振動現象等を観測したが、特に注目すべき結果はinverse TMRである。実験的確証を得るため、磁気抵抗曲線の詳細な測定を行った結果、クーロン階段の立ち上がり部分のみで生じていることが分かった。バイアス電圧によってTMRの符号が制御できることを示しており、新規機能性として注目すべき結果である。発現メカニズムの解明については、今後の課題であるが、微粒子中でのスピン蓄積効果やキャパシタンスの磁場効果などの可能性が考えられ、物理的興味も提供するものである。

旨在在磁记录领域应用隧道磁磁效应（TMR）。对使用氧化铝作为隧道屏障层的常规平面型铁磁隧道连接的研究正在进行。但是，在查看磁记录的未来时，必须开发与TMR相关的较大TMR和新功能，并且近年来，已经对TMR进行了各种新尝试。在利用单电子隧道效应的TMR中，大小的TMR大于正常隧道连接，并且可以通过工作电压控制TMR。在这项研究中，用超薄的共同体颗粒状薄膜制备了纳米结构样品，从几种纳米到夹在上部和下部电极之间的几个纳米，并研究了膜表面垂直方向的隧道电流中旋转依赖性的单电子隧道的旋转单电子隧道效应。通过电子束光刻制备亚微米尺寸样品，并检查了隧道电流。与去年的样品相比，已经制定了详细的准备技术，并且一些样品已经能够测量出色的信噪比。和以前一样，观察到TMR的振动现象，并且特别值得注意的结果是TMR。为了获得实验验证，进行了磁化曲线的详细测量，发现这仅发生在库仑楼梯的上升部分。它表明TMR的符号可以通过偏置电压来控制，这是新功能的显着结果。表达机制的阐明是未来的问题，但是可以在细节中包括自旋积累效应和电容的磁场效应，并且还提供了物理意义。

项目成果

S.Mitani: "Structure and tunnel magnetoresistance in Fe/MgF_2/Co junctions with an oxide seed layer on an Fe bottom electrode"Journal of Applied Physics. 91(in press). (2002)

S.Mitani：“Fe/MgF_2/Co 结中具有 Fe 底部电极上的氧化物种子层的结构和隧道磁阻”应用物理学杂志。