Development of molecular transistors with organic-radical tunnel junctions towards observation of large magnetoresistance

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K21010
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: HAYAKAWA Ryoma 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, 主幹研究員 (90469768)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 有機ラジカル / 巨大磁気抵抗効果 / トンネル接合 / スピントランジスタ

Outline of Final Research Achievements

Towards the realization of practical molecular spintronics devices, we tried to achieve a new vertical spin transistor by combining the large magnetoresistance effect obtained in single-radical molecular junctions and the formation process of vertical molecular transistors. We developed a vertical double tunnel junction with organic radicals and then successfully observed the tunneling current through the molecular orbitals of organic radicals. Furthermore, the tunneling current was varied by high magnetic fields of up to 7 T. The positive magnetoresistances of up to 300 % were obtained. We believe that these findings are benefits for the realization of a vertical spin transistor with the organic-radical tunnel junction as a transistor channel.

Free Research Field

分子エレクトロニクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究成果は、これまでナノギャップ電極やナノプローブを用いて形成されてきた単分子接合での磁気輸送特性に関する研究を高集積可能なシリコンデバイスの中で実現できたことに意義がある。また、近藤効果によるスピン検出に留まっていた有機ラジカル分子接合に関する研究に分子スピンによるトンネル伝導制御という新しい制御手法を示した点で意義がある。今後、分子がトンネル絶縁膜に内包されている利点を活かして、上記トンネル接合をチャネル層に用いた縦型スピントランジスタへ展開できれば、分子スピンと電界効果による多彩なトランジスタ制御が実現できると期待される。