2013 Fiscal Year Annual Research Report
純スピン流注入による磁気相転移の選択的制御と革新的ナノスピンデバイスへの応用
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25220605
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Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
木村 崇 九州大学, 理学(系)研究科(研究院), 教授 (80360535)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河江 達也 九州大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (30253503)
原 正大 熊本大学, 自然科学研究科, 准教授 (50392080)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | スピン注入 / 相転移 / 純スピン流 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、純スピン流を用いて、金属-絶縁体転移現象を低消費電力、且つ選択的に誘起し、数桁の超巨大抵抗変化をもたらす革新的ナノスピンデバイスを開発することである。初年度は、電界誘起相転移を起こす物質が、磁性原子を含むことに着目して、
Mn酸化物、Gd酸化物、CoドープTi酸化物など、磁性を持つ原子を含んだ物質で構成されている場合が多く、相転移に伴いスピン状態にも何らかの遷移が現れる可能性も期待できる。そこで、GdOxをベースにした相転移デバイスにおいて、電極を強磁性金属にすることで、相転移現象におけるスピンの役割を実験的に調べ、さらに、強磁性ナノギャップ電極を用いた新奇な横型相転移デバイス構造を作製した。
強磁性電極に CoFeB を採用し、広く用いられている白金電極の素子と特性を比較した結果、CoFeB 電極においても、相転移による同程度の抵抗変化が観測され、更に相転移が誘起される電圧が、白金電極よりも小さくなることが判明した。このことは、GdOx の金属絶縁体転移に、スピンが効果的に作用していることを示唆している。さらに、横型デバイスでも、明瞭な相転移現象が観測され、今後、純スピン流注入による相転移素子へと拡張する予定である。
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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
GdOx を用いた相転移デバイスの試作に成功し、スピンの効果的作用を示唆する結果も得られている。さらに、純スピン流注入への拡張を容易にする横型素子での相転移現象の観測にも成功しており、純スピン流制御型の相転移デバイス実現に向け、順調に進展していると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
まずは昨年度の成果の一つである横型相転移素子を、純スピン流注入端子を設けた三端子相転移素子へと高度化することを目指す。さらに、CoFeB 以外の強磁性電極を用いて、Gd酸化物の金属絶縁体相転移現象の実験を継続して行い、膜厚依存性、スピン偏極率依存性などを詳細に評価する。更に、協力研究者らが有する極めて高品質な自己形成型の単結晶 FeSi, 及び FeRhナノドットを用いた、磁場誘起転移材料への巨大純スピン流注入実験も行う。これらの実験と並行して、磁場誘起の金属-絶縁体転移を引き起こす電子系であるMn酸化物へのスピン注入構造の作製も行う。また、二次元電子ガスを用いた磁場センサーの高感度化を、数値計算、及び実験の両面から推進する。
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