2020 Fiscal Year Annual Research Report
Observation of voltage-induced large magnetocapacitance effect in magnetic tunnel junctions
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18H01485
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
海住 英生 慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (70396323)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西井 準治 北海道大学, 電子科学研究所, 教授 (60357697)
長浜 太郎 北海道大学, 工学研究院, 准教授 (20357651)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 誘電体 / 交流インピーダンス特性 / 表面・界面物性 / ナノ構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、磁場によりキャパシタンスが変化する磁気キャパシタンス(MC)効果は、静的なスピン蓄積や動的なスピンダイナミクスに関する新たな学術的知見を与える一方で、高感度磁気センサ、省エネメモリ、大容量蓄電材料への応用も期待されていることから、国内外で大きな注目を集めている。これまでに、MC効果はマルチフェロイック材料、スピントロニクスデバイス、磁気スーパーキャパシタ、有機ヘテロ接合など、様々な物質・材料・デバイスにおいて発見されてきた。中でも、スピントロニクスデバイスにおける磁気トンネル接合(MTJ)は室温にて巨大なトンネル磁気キャパシタンス(TMC)効果を示すことから、世界中で精力的に研究が進められている。本研究課題では、MTJにおける電圧誘起TMC効果に着目し、従来値を凌駕する巨大なTMC比の達成とそのメカニズム解明を目指す。
本研究目標を達成するため、当該年度では、超高真空マグネトロンスパッタ装置を用いて、熱酸化Si基板上にCoFeB/MgO/CoFeBベースのMTJを作製し、磁場中交流4端子法によりTMC効果を調べた。CoFeB磁性層の膜厚は3nm、MgO絶縁層の膜厚は2nmとした。微細加工にはフォトリソグラフィーとイオンミリング法を用いた。接合面積は1800μm2とした。初めに、TMC効果の周波数特性を調べた結果、数100Hz付近でTMC比はピークを示し、最大で170%程度に達した。次に、その周波数帯域で電圧依存性を調べた結果、300%を超えるTMC比の観測に成功した。これらの実験結果はデバイ・フレーリッヒ模型、シグモイド関数を取り入れたジャン理論、2次関数放物線バリア近似、スピン依存ドリフト拡散模型を用いた新たな計算により定量的に説明することができた。さらに、本計算によると、磁性層のスピン分極率が0.7以上の場合、TMC比は1000%を超えることが明らかになった。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(15 results)
