2020 Fiscal Year Annual Research Report
Atomic-scale defect control of electric field driven Fe/MgO magnetic device using spin-polarized STM
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17K19023
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| Research Institution | Chiba University |
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Principal Investigator |
山田 豊和 千葉大学, 大学院工学研究院, 准教授 (10383548)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2021-03-31
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| Keywords | トンネル磁気抵抗 / MgO / Fe / STM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は、2017-2020年度、Fe/MgO界面に残る原子欠陥を極力減らすことができないか、超高真空・極低温・走査トンネル顕微鏡（STM）を用いて探ってきた。ここでの原子欠陥とは、原子レベルの原子ステップ、不純物原子、そしてFe-Mg-Oの混合により生じる不規則合金酸化物を指す。原子欠陥の減少が、高い磁気抵抗比を実現するためのカギになる。さらに、Fe/MgO系では、Fe膜をサブナノメートルまで薄くすると、金属膜でも電界が印可できるため、超省電力な電界による磁化制御材料として注目されている。
[1] 原子欠陥が極めて少ないMgO原子層膜の開発：通常、Fe(001)表面にMgOを製膜すると、原子欠陥が多発し1nmサイズのMgOナノ粒子となる。平坦な膜にならない。そこで、我々は、Fe(001)表面に酸素原子を吸着し、規則的なFe(001)-p(1×1)O表面を作製した。この表面上にMgOを製膜することで、原子欠陥の極めて少ないMgO原子層膜 (欠陥<5%)を実現した。
[2] MgO表面上へのFe原子吸着と電界効果：絶縁MgO表面（ギャップ幅：約3 eV）にFe原子を吸着した。スピン偏極STMによる、Fe原子１個の磁気ヒステリシス曲線(M-Hループ)の計測を目指した。ところが、Fe基板表面上ではFe原子は観察されたが、MgO上では数か月観察できなかった。困難の末、ようやく原因が判明した。特定の電界領域内(Vs = 10-40 meV)だけで、Fe原子はMgO表面とSTM探針の間に存在できることが分かった。つまり、STM測定では、電界依存や磁気M-Hループ計測は不可能と分かった。
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