2020 Fiscal Year Research-status Report
Fabrication of brain-inspired devices by control of Fe valence state in iron oxides
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18K18850
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関 宗俊 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (40432439)
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| Project Period (FY) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | パルスレーザー堆積法 / 酸化鉄結晶薄膜 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、スピングラス磁性体を用いて室温で動作する脳機能模倣型の電子デバイスを作製することである。今年度は前年度に引き続き、パルスレーザー堆積法を用いてクラスターグラス磁性体薄膜を作製してその磁気特性および電気特性を評価した。昨年度作製したスピネル型マンガン酸化物Co(Mn,Ga)2O4薄膜の作製温度を変えることにより、試料中にナノワイヤ構造が形成されることが分かった。この構造の作製温度依存性を系統的に調べた結果、このナノワイヤ構造の自己形成はJahn-Teller 効果と薄膜中のMgとGaの相互拡散によって誘発されることが分かった。また、光電気化学測定により、この薄膜がp型の伝導特性を示すことを見出した。今年度はスピネル型酸化物だけでなく、ガーネット型鉄酸化物薄膜の作製とその磁気特性の評価も実施した。巨大磁気光学効果を示すイットリウム鉄ガーネット(YIG)を母体として、非磁性イオンのAl3+を添加したクラスターグラス磁性体薄膜をPLD法によって作製した。交流帯磁率の温度依存性から、この薄膜のグラス転移温度が約350Kとなり、室温を超えるグラス転移温度が実現することを見出した。また、このグラス状態への光照射による磁化の変化を、磁気円二色性(MCD)の測定によって観測し、グラス状態特有の光磁気メモリ効果が起こることを確認した。さらに、光応答性を向上させるため、Al3+だけでなく、Co2+を添加した薄膜を作製して結晶構造と磁気特性を評価し、この薄膜が高い結晶性と高いグラス転移温度(300K)を有していることを確認した。
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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
本研究の目的は、スピングラス磁性体を用いて室温で動作する脳機能模倣型の電子デバイスを作製することである。今年度は、これまで作製が困難であったp型のクラスターグラス薄膜の作製に成功した。また、ガーネット型鉄酸化物を母体としたクラスターグラス薄膜を作製し、そのグラス転移温度が室温を超えることを確認した。pn接合をベースとした素子形成だけでなく、複雑な構造を必要としない、磁気光学効果を用いた新しい素子の実現につながる成果が得られたと考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
p型酸化物Co(Mn,Ga)2O4の磁気転移温度Tgは100K以下であるため、素子応用に向けてTgを上昇させる必要がる。そこで、この薄膜中のMnおよびGaの一部を置換したCo(Mn, Ga, Fe)2O4の薄膜作製とその磁気特性を実施する予定である。室温以上のグラス転移温度とp型伝導特性が得られることを確認後、n型酸化物Co(Fe,V)2O4とのpn接合素子を作製する。また、ガーネット型酸化物薄膜においては、光応答性をより向上させるために、YIGにAl3+だけでなくCo2+の添加も試みる。これによって、Co2+とFe3+の間の光励起電子移動を用いた、より高速かつ高効率で光誘起磁性を実現できると考えている。また、クラスターグラス特性（グラス転移温度、磁場応答性）の更なる向上に向けて、第一原理計算および放射光光電子分光による研究を、東大物性研究所および東大スピントロニクス学術連携研究教育センターの共同研究者と連携して推進する予定である。
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| Causes of Carryover |
薄膜作製用の単結晶基板の消費量を想定していたよりも抑えることができ、その購入費用が不要となった。次年度は主に単結晶基板の購入費と、試料構造評価のための透過型電子顕微鏡による断面観察（依頼測定）の費用として使用する予定である。
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