超高品質フルエピタキシャルスピン構造による極微細バリスティックスピントランジスタ

具有超高质量全外延自旋结构的超精细弹道自旋晶体管

基本信息

批准号：
21K18167
负责人：
大矢忍
金额：
$ 16.56万
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：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

分子線エピタキシー(MBE)法を用いて、酸化物SrTiO3基板の上に高品質の強磁性金属単結晶La0.67Sr0.33MnO3薄膜を作製した。40 nm程度の幅の極微細領域にアルゴンイオンを照射した。この手続きにより、その領域に、酸素欠損が発生し、局所的にその領域が半導体に相転移する。このようにして、極微細半導体チャネル領域を形成し、すべて単結晶酸化物からなる強磁性体／半導体／強磁性体の横型２端子素子を作製した。本素子において、3 Kの低温において最大で140％の高い磁気抵抗比を得ることに成功した。この値は、過去30年にわたる横型スピントランジスタの先行研究において得られてきた磁気抵抗比を10倍以上上回る値である。さらにバックゲート構造を有する３端子のスピントランジスタ素子を作製し、ゲート電圧によって電流を変調することにも成功した。本成果により、磁性の世界最大規模の国際学会であるMMM2022で招待講演を行い、先日、科学誌Advanced Materials(IF=32)に論文が採択された。一方、Geベースの素子では、予期しない新たな結果が得られた。Fe/MgO/p-Geからなるオールエピタキシャル単結晶ヘテロ接合をMBEを利用して作製し、20 nm程度の短チャネル長を有する横型スピンバルブ素子を作製した。昨年度用いたデバイスのMgOの膜厚を3nmから1nmに変更し、素子構造も若干変更した。その結果、スピンバルブ効果とは異なる巨大な3万%におよぶ磁気抵抗効果が観測された。詳細な測定を行い、新規の抵抗スイッチ効果が得られたのではないかと推測している。さらに素子によっては、スピンバルブ効果と類似の測定結果が得られることも明らかになった。現在、この原因について、さらに詳細に調べる予定である。同時に、本素子で得られている従来型スピンバルブ効果についても、さらに探求していく予定である。

使用分子电线外延（MBE）方法，在氧化物SRTIO3底物上形成了高质量的高质量金属金属单晶LA0.67SR0.33MNO3薄膜。在约40 nm的超蛋白区域中辐照氩离子。此过程会导致该区域的氧气缺乏，该区域被局部转移到半导体中。以这种方式，形成了一个微型半导体通道区域，并形成了由单晶氧化物组成的所有两个末端，一个两个末端，是铁磁体 /半导体 /半导体 /铁磁体。在此元素中，我们成功获得了最高140％的高磁电阻比在3 K的低温下。该值比在前30年 - 染色的水平自旋 - 甘派兰格（Rangista）中获得的磁电阻比高10倍以上。此外，产生了带有背门结构的三个末端，并且电流成功地通过栅极电压修饰电流。结果在MMM2022（全球最大的国际学术学会，最近在科学杂志高级材料中采用了一篇论文（IF = 32），在MMM2022上发表了邀请演讲。另一方面，基于GE的元素已获得意外的新结果。使用MBE制造了由Fe/Mgo/P-GE组成的全外单晶体异质结，并制作了一个水平的自旋阀元件，其短通道长度约为20 nm。去年使用的设备的膜厚度从3 nm更改为1nm，元素结构略有更改。结果，观察到了与自旋阀效应不同的巨大30,000％的磁抗性效应。我们进行了详细的测量，并推测获得了新的电阻开关效应。此外，某些元素通过自旋阀效应获得了类似的测量结果。目前，我们计划更详细地调查原因。同时，我们计划进一步探索该元素获得的常规自旋阀效应。

项目成果

期刊论文数量（0）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Giant voltage-controllable magnetoresistance switching in Ge short-channel devices with epitaxial ultra-thin Fe electrodes

具有外延超薄铁电极的Ge短沟道器件中的巨压控磁阻开关

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

Nanoscale metal-insulator transition of La0.67Sr0.33MnO3 and its application to two-terminal spin-valve devices and spin MOSFET

La0.67Sr0.33MnO3的纳米级金属-绝缘体转变及其在两端自旋阀器件和自旋MOSFET中的应用

DOI：
发表时间：
2023
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

マンガン酸化物極薄膜ヘテロ構造における金属絶縁体転移に伴う磁気異方性の変化

超薄氧化锰异质结构中与金属-绝缘体转变相关的磁各向异性的变化

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
小林正起;L. D. Anh;鈴木雅弘;金田真悟;竹田幸治;藤森伸一;芝田悟朗;田中新;田中雅明;大矢忍;藤森淳
通讯作者：
藤森淳

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