2018 Fiscal Year Annual Research Report
Developments of single-electron spin transistors with molecular quantum dots
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18H01481
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
早川 竜馬 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, 主任研究員 (90469768)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 分子 / 量子ドット / トンネル2重接合 / 磁気抵抗効果 / 強磁性電極 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題では孤立した磁性分子を量子ドットとして利用した縦型単電子スピントランジスタを創成することを目的としている。その第一段階として初年度においては、強磁性電極上に分子を内包したトンネル2重接合を形成する技術の確立と分子軌道を介した単電子トンネリングを誘起することに取り組んだ。
酸化耐性に優れるパーマロイ（Ni81Fe19）を下部電極に用いることによりトンネル絶縁膜として用いる酸化アルミニウムとの間に急峻な界面を形成できることをX線反射率測定から確認した。その後、真空蒸着法により孤立分散した分子を導入し、酸化アルミニウムを堆積することで分子を内包した。上部電極には下部電極との保磁力の違いを考慮して鉄電極を用い、分子を内包したトンネル2重接合を形成した。これまでシリコン基板上に形成したトンネル2重接合と同様に分子軌道を反映した単電子トンネル電流を観測することに成功した。
また、参照試料として分子を内包していない磁気トンネル接合（パーマロイ/酸化アルミニウム/鉄）において、文献で報告されているように正の磁気抵抗効果を確認した。振動試料型磁力計による磁化測定から強磁性電極のスピン配列に依存した抵抗変化を確認した。しかしながら、低温下（5 K）で測定しているにも関わらず、3 %程度の磁気抵抗比しか得られておらず、今後改善が必要になる。合わせて、分子を内包した試料において磁気による抵抗スイッチングを実現する。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
初年度において目標としていた強磁性電極上へ分子を内包したトンネル2重接合の形成プロセスの確立と分子軌道を介した単電子トンネリングの観測について達成できた。パーマロイ（Ni81Fe19）と鉄を用いることにより分子を内包したトンネル2重接合を強磁性電極上においても形成できることを確認した。また、これまでシリコン基板上に形成したトンネル2重接合において実現した分子軌道を反映した単電子トンネル電流を観測することにも成功した。さらに分子を内包していない参照試料（パーマロイ/酸化アルミニウム/鉄）ではあるが上下磁性電極のスピン配列に依存した抵抗変化を確認した。今後、分子を内包した試料において単電子トンネル電流の磁場スイッチングを実現する。
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| Strategy for Future Research Activity |
2019年度においては、参照試料における磁気抵抗効果の改善に向けて、磁場中での強磁性電極アニールおよびトンネル絶縁膜の成長条件の最適化を行う。分子軌道を介して誘起した単電子トンネル電流を強磁性電極のスピン配列により制御する。
合わせて、これまで用いていた非磁性分子（C60）から磁性分子としてオリゴ(p-フェニレンエチニレン)分子にニトロニトリル基を取り付けた有機ラジカル分子を用いる。まずは非磁性電極を用いたトンネル2重接合に分子を壊すことなく内包する技術の確立と単電子トンネル電流誘起、さらには面内・面外磁場による磁気抵抗効果を評価し、強磁性電極を用いた磁気トンネル接合に集積するための予備評価を行う。
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Research Products
(7 results)
