2018 Fiscal Year Annual Research Report
Spin injection to nanodiamond films
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16K14391
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (40284541)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | スピンバルブ / ナノダイヤモンド / スピン注入 / 局所配置 / 非局所配置 / 電子線リソグラフィー / 鉄シリサイド / 同軸型アークプラズマ堆積法 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子番号が小さいほどスピン軌道相互作用は小さく，軽元素ほど長いスピン拡散長が期待され，カーボンから成るグラフェンやカーボンナノチューブが1 μm以上のスピン拡散長を期待されて活発に研究されているが，ダイヤモンド系材料に関する研究はまだ殆ど無い．ナノダイヤモンド(NCD)半導体を中間層としたスピンバルブ素子を作製して，ナノダイヤモンド内のスピン拡散長を明らかにすることを目的として研究を行った．
Fe/UNCD/Fe3Si縦型構造の素子をマスク法で作製した．具体的には，Si(111)基板上にスパッタリング法でFe3Si層をエピタキシャル成長した後，超ナノ微結晶ダイヤモンド（UNCD）膜を同軸型アークプラズマ堆積法で堆積し，最上層にFe層をスパッタリング法で堆積してFe/UNCD/Fe3Si構造とした．TEM観察から，積層界面で原子拡散は起こるものの，UNCD層は層構造を保って堆積できていることを確認した．試作したNCD層厚60 nmの試料で，磁化曲線から強磁性層間の平行・反平行状態の実現，さらにはそれに対応したスピンバルブ信号を室温で観測した．その一方で100 nm程度でNCD層は剥離してしまい，1μm以上のNCD層を形成するのは技術的に困難であることがわかった．
そこで，NCD膜上の強磁性電極間に微細なギャップ幅を有した横型スピンバルブ素子の創製にも取り組んだ．ギャップ幅は，電子線リソグラフィーにより作製したレジスト細線パターンをリフトオフすることで形成した．200 nm～1 μm幅の形成を実現し，局所配置によりスピンバルブ信号の観測に成功した．逆スピンバルブ信号が観測される場合がありその起源を調査中である．スピン拡散長のNCD層の伝導型やキャリア濃度との関連を今後調べていく．
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