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機能元素により動作するナノ電子デバイスの作製

Publicly Offered Research

Project AreaNano Materials Science for Atomic Scale Modification
Project/Area Number 22015006
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大久保 勇男  東京大学, 大学院・工学系研究科, 講師 (20376487)

Project Period (FY) 2010 – 2011
Project Status Completed (Fiscal Year 2011)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2011: ¥1,500,000 (Direct Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2010: ¥1,700,000 (Direct Cost: ¥1,700,000)
Keywords酸化物 / エピタキシー / デバイス / ヘテロ界面 / 機能元素置換
Research Abstract

さまざまな機能を発現する遷移金属酸化物絶縁体を用いた電子デバイスの開発を行っている。特に、良好なデバイス特性を引き出すための手段として、本研究では、遷移金属酸化物層やその界面にデバイスを動作させる機能元素をドーピングしたデバイスに着目している。今回、ターゲットしたデバイスは、スピン偏極電流生成デバイスである、強磁性絶縁体を障壁層に用いたスピンフィルタートンネル接合素子である。強磁性絶縁体障壁層に用いたペロブスカイト型酸化物の機能元素置換することと、強磁性絶縁体障壁層/強磁性金属層(スピン偏極電流検繊層)界面の強磁性結合を原子層・分子層スケールでの界面制御を行うことで、これまで報告された中でもっとも高いスピン偏極率を得ることに成功した。レーザー分子線エピタキシー法で、SrTiO_3(100)基板上に作製したLaNiO_3(金属:電流注入電極)/Pr_<0.8>Ca_<0.2>Mn_<1-x>Co_xO_3(強磁性障壁層)/SrTiO_3(独立磁化反転障壁層)/La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3(スピン偏極電流検出層・ハーフメタル下部電極)エピタキシャル積層構造を、イオンミリングとフォトリソグラフィーにより微細加工しスピンフィルタートンネル接合素子を作製した。これまでの実験で、工夫・改良を進めてきた積層型2端子素子作製のための微細加工技術を向上させ、酸化物強磁性絶縁体の膜厚を数nm程度まで薄くした薪しいデバイス・スピンフィルター素子の作製に成功した。報告されている中で一番高いトンネル磁気抵抗値(TMR)を得ることに成功している。H23年度はさらに優れたデバイス特性を得るために、スピン偏極電流検出層・ハーフメタル下部電極と強磁性障壁層の強磁性結合を完全に断ち切るSrTiO_3・独立磁化反転障壁層を0.8nm(2 unit cell)挿入したデバイスを作製した。その結果、さらに高いデバイス特性、100%以上のTMR比とnormal metalから50%以上のスピン偏極率の電流を得ることに成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究で計画した機能元素ドープ・置換材料を用いた2つ新しいデバイスの開発に成功した。1つは抵抗変化型メモリーの多値化、もう一つは、スピンフィルタートンネル接合素子ある。両社とも、機能元素によりデバイス動作しており、高機能化と高信頼デバイス特性を得ることに成功している。

Strategy for Future Research Activity

これまでの研究で、機能元素を積極的に活用したデバイスの提案と試作を行ってきた。機能元素をドープまたは置換することで、デバイス特性の向上と制御を実現した。今後は、機能元素ドープ・置換マテリアルを利用したより高度なデバイス開発と提案が重要となる。たとえば、量子閉じ込め効果などの量子効果を積極的に取り入れたデバイスなどである。機能元素ドープ・置換マテリアルの高性能・省電力消費デバイス材料としての可能性を示す必要がある。

Report

(2 results)
  • 2011 Annual Research Report
  • 2010 Annual Research Report
  • Research Products

    (31 results)

All 2011 2010

All Journal Article (9 results) (of which Peer Reviewed: 9 results) Presentation (22 results)

  • [Journal Article] Influence of substrates on epitaxial growth of B-site-ordered perovskite La_2NiMnO_6 thin films2011

    • Author(s)
      Y.Sakurai, I.Ohkubo, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 110 Issue: 6

    • DOI

      10.1063/1.3641982

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  • [Journal Article] Formation of transition layers at metal/perovskite oxide interfaces showing resistive switching behaviors2011

    • Author(s)
      T.Yamamoto, R.Yasuhara, H.Kumigashira, I.Ohkubo, M.Oshima
    • Journal Title

      Journal of Applied Physics

      Volume: 110 Issue: 5

    • DOI

      10.1063/1.3631821

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  • [Journal Article] Characterization of ferromagnetism around interfaces by rear-incident magneto-optic Kerr effect2011

    • Author(s)
      K.Tsubouchi, I.Ohkubo, M.Oshima
    • Journal Title

      physica status solidi A

      Volume: 208 Issue: 4 Pages: 900-903

    • DOI

      10.1002/pssa.201026608

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      2011 Annual Research Report 2010 Annual Research Report
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  • [Journal Article] Modulation of the ferromagnetic insulating phase in Pr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3 by Co substitution2011

    • Author(s)
      T.Harada, I.Ohkubo, M.Lippmaa, Y.Matsumoto, M.Sumiya, H.Koinuma, M.Oshima
    • Journal Title

      physica status solidi-Rapid Research Letters

      Volume: 5 Issue: 1 Pages: 34-36

    • DOI

      10.1002/pssr.201004467

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  • [Journal Article] Modulation of the ferromagnetic insulating phase in Pr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3by Co substitution2011

    • Author(s)
      T.Harada, I.Ohkubo, M.Lippmaa, Y.Matsumoto, M.Sumiya, H.Koinuma, M.Oshima
    • Journal Title

      physica status solidi-Rapid Research Letters

      Volume: 5 Pages: 34-36

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    • Author(s)
      Y.Matsumoto, M.Katayama, T.Abe, T.Ohsawa, I.Ohkubo, H.Kumigashira, M.Oshima, H.Koinuma
    • Journal Title

      Journal of the Ceramic Society of Japan

      Volume: 118 Pages: 993-996

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      M.-H.Kim, G.Acbas, M.-H.Yang, M.Eginligi, P.Khalifah, I.Ohkubo, H.Christen, D.Mandrus, Z.Fang, J.Cerne
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 81

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      G.Sugano, I.Ohkubo, T.Harada, T.Ohnishi, M.Lippmaa, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Journal Title

      Materials Science and Engineering : B

      Volume: 173 Pages: 36-39

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  • [Journal Article] Interfacial chemical states of resistance-switching metal/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3 interfaces2010

    • Author(s)
      R.Yasuhara, I.Ohkubo, H.Kumigashira, M.Oshima
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 97

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  • [Presentation] Interface Formations of Metal/Perovskite Manganite Insulator toward Resistance Switching Devices2011

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      I.Ohkubo, G.Sugano, T.Harada, M.Lippmaa, T.Yamamoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      International Symposium on Surface Science and Nanotechnology (ISSS-6)
    • Place of Presentation
      Funabori, Tokyo
    • Year and Date
      2011-12-12
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  • [Presentation] Influence of interfacial structures on ferromagnetisms of B-site-ordered perovskite La_2NiMnO_6 epitaxial films2011

    • Author(s)
      Y.Sakurai, I.Ohkubo, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      International Symposium on Surface Science and Nanotechnology (ISSS-6)
    • Place of Presentation
      Funabori, Tokyo
    • Year and Date
      2011-12-12
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  • [Presentation] Electric-field induced resistance switching at metal-oxide interfaces2011

    • Author(s)
      I.Ohkubo, G.Sugano, T.Harada, M.Lippmaa, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      Asia-Pacific Interdisciplinary Research Conference (AP-IRC) 2011
    • Place of Presentation
      Toyohashi University of Technology, Toyohashi, Aichi
    • Year and Date
      2011-11-18
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] 機能元素ドーピングによる抵抗スイッチング現象の制御2011

    • Author(s)
      大久保勇男、谷垣圭亮、原田尚之、尾嶋正治、Mikk Lippmaa、松本祐司、鯉沼秀臣
    • Organizer
      日本金属学会2011年秋期講演(第149回)大会
    • Place of Presentation
      沖縄コンベンションセンターおよびカルチャーリゾートフェストーネ
    • Year and Date
      2011-11-07
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  • [Presentation] Determination of defect energy level at Al/Pr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3 interfaces exhibiting resistnace switching by deep level transient spectroscopy2011

    • Author(s)
      Isao Ohkubo
    • Organizer
      The 2nd International Symposium on Hybrid Materials and Processing, HyMaP 2011
    • Place of Presentation
      Busan, Korea(招待)
    • Year and Date
      2011-10-28
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] Bサイトオーダー型ペロブスカイトLa_2NiMnO_6薄膜のエピタキシャル成長における基板の影響2011

    • Author(s)
      桜井康成, 大久保勇男, 松本祐司, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
    • Organizer
      第72回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      山形大学
    • Year and Date
      2011-09-01
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  • [Presentation] Dependence of substrates on ferromagnetism of B-site-ordered perovskite La_2NiMnO_6 epitaxial films2011

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      Y.Sakurai, I.Ohkubo, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      Joint Conference of The Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC5) and The 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI2)
    • Place of Presentation
      Mielparque-Yokohama, Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2011-06-22
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  • [Presentation] Epitaxial Growth of A-Site Ordered Perovskite CaCu_3Mn_4O_<12>2011

    • Author(s)
      I.Ohkubo, M.Isobe, J.Shimoyama, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      Joint Conference of The Fifth International Conference on the Science and Technology for Advanced Ceramics (STAC5) and The 2nd International Conference on Advanced Materials Development and Integration of Novel Structured Metallic and Inorganic Materials (AMDI2)
    • Place of Presentation
      Mielparque-Yokohama, Yokohama, Japan
    • Year and Date
      2011-06-22
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      2011 Annual Research Report
  • [Presentation] In-situ放射光光電子分光を用いた低環境負荷不揮発メモリAl/Fe_3O_4の界面化学状態解析2011

    • Author(s)
      中田耕次, 並木武史, 山本大貴, 安原隆太郎, 大久保勇男, 組頭広志, 尾嶋正治
    • Organizer
      第58回応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-25
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Aサイトオーダーペロブスカイト型酸化物強磁性体CaCu_3Mn_4O_<12>のエピタキシャル薄膜の作製(3)2011

    • Author(s)
      磯部真里, 大久保勇男, 下山淳一, 松本祐司, 鯉沼秀臣, 尾嶋正治
    • Organizer
      第58回応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-25
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  • [Presentation] Al/La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3界面型ReRAMにおける多値スイッチング動作2011

    • Author(s)
      山本大貴, 安原隆太郎, 大久保勇男, 組頭広志, 尾嶋正治
    • Organizer
      第58回応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-25
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  • [Presentation] Al/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3構造ReRAMにおける素子特性の酸化物膜厚依存性2011

    • Author(s)
      並木武史, 山本大貴, 安原隆太郎, 大久保勇男, 組頭広志, 尾嶋正治
    • Organizer
      第58回応用物理学関連連合講演会
    • Place of Presentation
      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-25
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 過渡容量分光法による抵抗スイッチング界面の欠陥エネルギー準位の決定2011

    • Author(s)
      大久保勇男
    • Organizer
      東京工業大学応用セラミックス研究所ワークショップ「酸化物特異構造の形成と機能創発」
    • Place of Presentation
      東京工業大学応用セラミックス研究所(招待講演)
    • Year and Date
      2011-01-25
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  • [Presentation] Defect energy levels at Al/Pr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3 interfaces exhibiting resistance switching determined by deep level transient spectroscopy2010

    • Author(s)
      I.Ohkubo, G.Sugano, T.Harada, M.Lippmaa, T.Ohnishi, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      6th International Workshop on Combinatorial Materials Science and Technology
    • Place of Presentation
      北海道ルスツリゾート
    • Year and Date
      2010-10-28
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  • [Presentation] Electronic state characterizations of LaMnO_3-LaMeO_3 (Me=Ni, Co) composition spread films using synchrotron-radiation photoelectron spectroscopy2010

    • Author(s)
      I.Ohkubo, T.Ishihara, M.Kitamura, K.Horiba, H.Kumigashira, S.Okazaki, Y.Matsumoto, T.Hasegawa, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      17 th International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場
    • Year and Date
      2010-09-21
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  • [Presentation] Electrode dependence of electronic structures at metal/ Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3 interfaces2010

    • Author(s)
      R.Yasuhara, T.Yamamoto, I.Ohkubo, H.Kumigashira, M.Oshima
    • Organizer
      17 th International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場
    • Year and Date
      2010-09-21
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  • [Presentation] Solid-state epitaxy of A-site ordered perovskite CaCu_3Mn_4O_<12> thin film2010

    • Author(s)
      M.Isobe, I.Ohkubo, J.Shimoyama, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      17 th International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場
    • Year and Date
      2010-09-21
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Modification of the ferromagnetic insulating phase by B-site substitution in perovskite manganites2010

    • Author(s)
      T.Harada, I.Ohkubo, M.Lippmaa, Y.Matsumoto, H.Koinuma, M.Oshima
    • Organizer
      17 th International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場
    • Year and Date
      2010-09-21
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] Interfacial redox reactions at Al/perovskite oxides heterojunctions showing resistive switching2010

    • Author(s)
      T.Yamamoto, R.Yasuhara, I.Ohkubo, H.Kimigashira, M.Oshima
    • Organizer
      17 th International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      淡路夢舞台国際会議場
    • Year and Date
      2010-09-20
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      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] ペロブスカイト型強磁性絶縁体Pr_<0.8>Ca_<0.2>MnO_3へのBサイト置換の効果2010

    • Author(s)
      原田尚之、大久保勇男、M.Lippmaa, 松本祐司、鯉沼秀臣、尾嶋正治
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-15
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] 金属/伝導性酸化物La_<0.6>Sr_<0.4>MnO_3界面における抵抗変化現象2010

    • Author(s)
      山本大貴, 安原隆太郎, 大久保勇男, 組頭広志, 尾嶋正治
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-15
    • Related Report
      2010 Annual Research Report
  • [Presentation] フォーミング過程におけるAl/Pr_<0.7>Ca_<0.3>MnO_3界面電子状態変化の観測2010

    • Author(s)
      安原隆太郎, 山本大貴, 大久保勇男, 堀場弘司, 組頭広志, 池永英司, 尾嶋正治
    • Organizer
      第71回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      長崎大学
    • Year and Date
      2010-09-15
    • Related Report
      2010 Annual Research Report

URL: 

Published: 2010-08-23   Modified: 2018-03-28  

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