金属/絶縁体/金属三層構造からなる新奇な物性を発現するデバイスの作製

具有新颖物理特性的金属/绝缘体/金属三层结构器件的制备

• 批准号: 09J09634
• 负责人: 原田 尚之
• 金额: $ 0.9万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2009
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2009 至 2010
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-09J09634/
• 关键词: スピン; トンネル効果; TMR効果; 酸化物エレクトロニクス; 電子デバイス; 薄膜; 強磁性体; スピントロニクス; 磁気抵抗効果; トンネル現象; スピンフィルター

本研究では、絶縁層に強磁性体を用いることで、透過電子のスピンの向きを一方に偏らせるスピンフィルターに着目した。スピンフィルターは強磁性絶縁層(FI)の障壁の高さが電子のスピンの向きに依存することを利用しており、スピン注入素子などへの応用が期待される。金属(NM)/強磁性絶縁体(FI)/強磁性金属(FM)構造(スピンフィルタートンネル接合)を作製すると、強磁性金属において偏極スピンが検出され、FI層とFM層の磁化が平行な場合は低抵抗状態に、FI層とFM層の磁化が反平行な場合は高抵抗状態になる。その結果、トンネル磁気抵抗(TMR)効果が観測される。電子のトンネル確率はトンネル障壁の高さが増加するにつれて急速に減少するため、スピンフィルターを透過した電子は原理的にはほぼ100%上向きスピンを有するはずである。スピンフィルタートンネル接合において、高いTMR比が得られていない理由として、電極/障壁界面での磁気結合やスピン散乱が考えられる。そこで、本研究では、保磁力が可変な強磁性トンネル障壁Pr0.8Ca0.2Mn1-yCoyO3を開発し、電流注入電極/PCMCO/(STO)/LSMO構造からなるスピンフィルタートンネル接合を作製した。TMR効果の大きさは、強磁性金属電極に加え電流注入電極と強磁性絶縁層の界面に強く依存した。強磁性トンネル障壁の保磁力を系統的に変化させると、それに対応して強磁性金属層の磁化反転に必要な印加磁場が増大し、強磁性電極と強磁性トンネル障壁の間に強磁性的な結合が生じていることが示唆された。そこで非磁性絶縁体の挿入という工夫を行い、これを防止することができた。また、電流注入電極も強磁性絶縁層の上にエピタキシャル成長させることによって、トンネル過程における散乱源の影響を受けずに電子がトンネルすることが分かった。このように、強磁性絶縁層とその両側の電極の界面を制御することで、これまで報告されている中で最も高いTMR比を有するスピンフィルタートンネル接合の作製に成功した。

在这项研究中，我们专注于一种自旋滤波器，该滤波器通过使用铁磁材料进行绝缘层偏向传输电子的自旋方向。旋转过滤器利用了这样一个事实，即铁磁绝缘层（FI）的屏障高度取决于电子自旋的方向，预计将应用于自旋注入装置等。当FI层和FM层的磁化平行时，它变成低电阻态，并且当FI层和FM层的磁化是反平行的时，它将变成高电阻态。结果，观察到隧道磁阻（TMR）效应。由于电子的隧道概率随着隧道屏障的高度的增加而迅速降低，因此通过自旋滤波器传输的电子原则上应具有大约100％的向上自旋。电极/屏障界面处的磁耦合和自旋散射是导致自旋滤波器隧道连接中未达到高TMR比的原因。因此，在这项研究中，我们开发了一种具有可变胁迫性的铁磁隧道屏障PR0.8CA0.8CA0.2MN1-YCOYO3，并制造了由电流注入电极/PCMCO/（Sto）/LSMO结构组成的自旋滤波器隧道连接点。 TMR效应的大小强烈取决于当前注入电极与铁磁绝缘层之间的界面以及铁磁金属电极。系统地改变铁磁隧道屏障的胁迫力增加了铁磁金属层的磁化反转所需的磁场，这表明铁磁耦合发生在铁磁电极之间。因此，我们已经努力插入已阻止的非磁性绝缘体。还发现，通过在铁磁绝缘层上表现出现电流注射电极，电子隧穿而不会在隧道过程中受到散射源的影响。因此，通过控制两侧的铁磁绝缘层和电极之间的界面，我们成功地制造了一个旋转滤波器隧道连接点，迄今为止报告的TMR比最高。

项目成果

Effect of B-site substitution on the ferromagnetic insulating phase of Pr0.8Ca0.2MnO3

B位取代对Pr0.8Ca0.2MnO3铁磁绝缘相的影响

• 发表时间: 2010
• 作者: T.Harada;I.Ohkubo;M.Lippmaa;Y.Matsumoto;H.Koinuma;M.Oshima
• 通讯作者: M.Oshima

Dependence of magnetic properties on laser ablation conditions for epitaxial La0.6Sr0.4MnO3 thin films grown by pulsed laser deposition

脉冲激光沉积外延 La0.6Sr0.4MnO3 薄膜的磁性能对激光烧蚀条件的依赖性

• 发表时间: 2009
• 期刊: Materials Transactions 50
• 作者: G.Sugano;I.Ohkubo;T.Harada;T.Ohnishi;M.Lippmaa;Y.Matsumoto;H.Koinuma;M.Oshima;Takayuki Harada
• 通讯作者: Takayuki Harada

Modification of the ferromagnetic insulating phase by B-site substitution in perovskite manganites

钙钛矿锰酸盐中 B 位取代对铁磁绝缘相的改性

• 发表时间: 2010
• 作者: T.Harada;I.Ohkubo;M.Lippmaa;Y.Matsumoto;H.Koinuma;M.Oshima
• 通讯作者: M.Oshima

Modulation of the ferromagnetic insulating phase in Pr0.8Ca0.2MnO3 by Cosubstitution

共取代对 Pr0.8Ca0.2MnO3 中铁磁绝缘相的调制

• 发表时间: 2011
• 期刊: Physica Status Solidi RRL
• 作者: T.Harada;I.Ohkkubo;M.Lippmaa;Y.Matsumoto;M.Sumiya;H.Koinuma;M.Oshima
• 通讯作者: M.Oshima

Device size dependence of resistance switching performance in metal/manganite/metal trilayers

金属/亚锰酸盐/金属三层中电阻切换性能的器件尺寸依赖性

• 发表时间: 2010
• 期刊: Materials Science and Engineering B
• 作者: G.Sugano;I.Ohkubo;T.Harada;T.Ohnishi;M.Lippmaa;Y.Matsumoto;H.Koinuma;M.Oshima
• 通讯作者: M.Oshima