メゾスコピック系におけるスピン依存伝導のダイナミクス

介观系统中自旋相关传导的动力学

• 批准号: 12J03738
• 负责人: 荒川 智紀
• 金额: $ 0.64万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J03738/
• 关键词: スピントロニクス; ショット雑音; 単電子トランジスター

トンネル磁気抵抗(TMR)素子は強磁性層/絶縁層/強磁性層の三層構造からなる素子である。TMR素子の抵抗は両側の強磁性層の磁化の相対的な配向に依存して大きく変化する。この電子スピンに依存した電気伝導現象はスピントロニクス分野において応用及び基礎物理の観点から盛んに研究されている。私はこのスピン依存伝導現象の詳細解明を目指して電流ゆらぎ測定を行った。具体的には絶縁層の膜厚を系統的に変化させた試料を用意し、独自に立ち上げた測定系において低温環境下で電流ゆらぎ測定を行った。その結果、膜圧の変化に伴う電子の伝導現象の変化を定量的に評価することに成功した。この結果はTMR素子におけるスピン依存伝送現象の理解を深め、今後の研究に大きく貢献するものである。また、電流ゆらぎに加えて、TMR素子の抵抗ゆらぎについても研究を行った。抵抗ゆらぎは素子を応用する上で信号雑音比を下げる要因となる。私は高品質のTMR素子で系統的に抵抗ゆらぎを測定することで、抵抗ゆらぎが磁化のゆらぎに起因すること、また、そのメカニズムを明らかにした。量子的な電子伝導過程を実時間で観測することを目標として、測定系の立ち上げを行った。希釈冷凍機中で高周波の電気信号を観測することが必要であるため、まずは試料と高周波の伝送ラインをつなぐための試料ホルダーを作製した。作製した試料ホルダーの性能はネットワークアナライザを用いて評価し、十分な性能を有することを確認した。さらに、高感度の測定を行う上で必須となる単電子トランジスターの作製を行い、希釈冷凍機を用いてクーロン振動などの基本的な動作確認を行った。希釈冷凍機中における量子伝導過程の実時間測定は世界的に見ても例が少なく、挑戦的な試みである。

隧道磁路（TMR）元件是由铁磁层的三层结构，绝缘层和铁磁层组成的设备。 TMR元件的电阻因两侧铁磁层磁化的相对方向而变化很大。从应用和基本物理学的角度，正在对Spintronic场中广泛研究这种电子自旋依赖性电导传导现象。我测量了电流波动，目的是详细评估这种自旋依赖性传导现象。具体而言，准备了一个样品，其中系统更改了绝缘层的薄膜厚度，并且在低温环境下在测量系统中测量了电流波动，该测量系统是独立发射的。结果，我们成功地评估了与膜压力变化相关的电子传导现象的变化。该结果将加深我们对TMR设备中自旋依赖性传输现象的理解，并将为未来的研究做出重大贡献。除了目前的波动外，我们还研究了TMR元素中的抗性波动。电阻波动是应用元素时降低信号噪声比率的因素。我已经系统地测量了具有高质量TMR元件的电阻波动，并阐明了耐药性波动是由磁化波动引起的机制。启动测量系统的目的是实时观察量子电子传导过程。由于有必要在稀释的冰箱中观察高频电信号，因此首先准备了样品支架，以将样品连接到高频传输线。使用网络分析仪评估了准备的样品持有人的性能，并确认其具有足够的性能。此外，制造了一种对高灵敏度测量至关重要的单电子晶体管，并使用稀释的冰箱确认了基本操作，例如库仑振动。即使在世界范围内，稀释冰箱中量子传导过程的实时测量也很少，这是一个充满挑战的尝试。

项目成果

Low-frequency and shot noises in CoFeB/MgO/CoFeB magnetic tunneling junctions

• DOI: 10.1103/physrevb.86.224423
• 发表时间: 2012-12
• 期刊: arXiv: Mesoscale and Nanoscale Physics
• 作者: T. Arakawa;Takahiro Tanaka;K. Chida;S. Matsuo;Y. Nishihara;D. Chiba;K. Kobayashi;T. Ono;A. Fukus

単電子トランジスターを用いた量子輸送現象の実時間測定II

使用单电子晶体管实时测量量子输运现象 II

• 发表时间: 2012
• 作者: Tomonori Arakawa;Takahiro Tanaka;Kensaku Chida;Sdashige Mastuo;Yoshitaka Nishihara;Daichi Chiba;Kensuke Kobayashi;Teruo Ono;Akio Fukushima;Shinji Yuasa;T. Arakawa;荒川智紀
• 通讯作者: 荒川智紀

Shot noise and low frequency noise in MgO-based Magnetic Tunneling Junctions

氧化镁基磁隧道结中的散粒噪声和低频噪声

• 发表时间: 2012
• 作者: Tomonori Arakawa;Takahiro Tanaka;Kensaku Chida;Sdashige Mastuo;Yoshitaka Nishihara;Daichi Chiba;Kensuke Kobayashi;Teruo Ono;Akio Fukushima;Shinji Yuasa;T. Arakawa
• 通讯作者: T. Arakawa