DC-AC hybrid-type tunneling thin films with aligned nano particles

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K14482
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: Aoki Hanae 東北大学, 工学研究科, 講師 (60733920)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: ナノ複相膜 / 磁性ナノ粒子 / トンネル磁気抵抗効果 / トンネル磁気誘電効果 / 形状磁気異方性

Outline of Final Research Achievements

To realize a DC-AC hybrid tunneling effect in the same thin film, I have fabricated “lateral” and “vertical” nanogranular film in which the metal magnetic particles are densely aligned in the in-plane and out-of-plane direction, respectively. For the lateral films, the spacing between particles in the thickness direction can be controlled from 0.3 to 2.1 nm, while the spacing between particles in the in-plane direction is in the range of 0.5 to 1.0 nm. Then those structural modulations can control both in- and out-of-plane conduction levels by small (large) particle spacing, which is effective for the fabrication of flexible DC-AC hybrid tunneling films.

Free Research Field

高周波ナノマグネティクス

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

複数の異なる電流・電圧が制御可能なナノスケール構造体の開発は集積化への可能性から注目を集めている。本研究では、自己組織化するナノ複相膜において磁性金属粒子を数nmオーダーで配列させることに成功し、横に直流、縦に交流の異なるトンネル電子が寄与することを見出した。磁界依存するトンネル電子を媒体とすることで、縦横の誘電率および電気比抵抗をそれぞれ４%程度、磁界で制御可能なことを見出した。また、磁気的孤立を保ったまま、粒子形状を扁平・扁長にすることで、長軸方向に磁気異方性を付与できる形状磁気異方性の効果も実証した。