超高品質フルエピタキシャルスピン構造による極微細バリスティックスピントランジスタ
| Project/Area Number |
21K18167
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 21:Electrical and electronic engineering and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大矢 忍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20401143)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥25,870,000 (Direct Cost: ¥19,900,000、Indirect Cost: ¥5,970,000)
Fiscal Year 2023: ¥7,930,000 (Direct Cost: ¥6,100,000、Indirect Cost: ¥1,830,000)
Fiscal Year 2022: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,490,000 (Direct Cost: ¥7,300,000、Indirect Cost: ¥2,190,000)
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| Keywords | スピントランジスタ / エピタキシャル / 分子線エピタキシー / 微細化 / スピントロニクス / 単結晶ヘテロ構造 |
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| Outline of Research at the Start |
本提案では、研究代表者らが長年にわたり開拓してきた超高品質の強磁性金属／半導体ハイブリッドヘテロ構造作製技術および極微細加工技術を用いることにより、10 nm程度のチャネル長のスピントランジスタを実現し、バリスティック伝導を誘起することにより高い磁気抵抗比を得ることを目指す。スピントランジスタを実現する上での長年の問題点を、このような新しい技術を導入することにより克服することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
SrTiO3基板上にエピタキシャル単結晶強磁性酸化物LaSrMnO3(LSMO)薄膜を成長し、6μm幅の棒状デバイスを作製した。その中間位置に、本研究課題で開拓してきたナノチャネル作製技術を用いて36 nm程度の長さの局所領域にアルゴンを照射し、本来金属であるLSMOを半導体に相転移させることによって、エピタキシャルの強磁性体／半導体／強磁性体構造からなるスピントランジスタを作製することに成功した。測定の結果、半導体を用いたスピントランジスタでは実現が困難であった140%もの大きなスピンバルブ比を実現することに成功した。本成果は、酸化物を用いれば半導体では実現が難しかった新たな機能性を実現できる可能性を示している。本成果はAdvanced Materials誌に出版され、プレスリリースを行った。
従来、磁気抵抗スイッチ効果は電界によってのみ制御がなされてきた。我々はFe/MgOからなる２層電極をもつGeのチャネル長20nmのナノチャネルデバイスを作製し測定を行ったところ、予期せず、25000%におよぶ大きな抵抗変化を示す抵抗スイッチ効果を観測した。さらに、磁場印加により抵抗スイッチ効果の大きさが増大することが明らかとなった。抵抗スイッチ効果を磁場で制御できる新たな可能性を示す結果と言える。理論的に導電性フィラメントの構成要素としてMg欠損が極めて重要な役割を果たしていることを明らかにした。Mg欠損をこのような抵抗スイッチ効果の磁場依存性の実現に使えることは全く知られていなかった。酸化物中の陽イオンの欠損の有用性を示す意外な結果であり、学術的な意義も大きいと考えている。本成果はAdvanced Materials誌に出版され、プレスリリースを行った。
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Report
(4 results)
Research Products
(37 results)
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[Presentation] Giant spin-valve effect and gate modulation in nano-channel oxide devices made using metal-insulator transition2024
Author(s)
Tatsuro Endo, Shun Tsuruoka, Yuriko Tadano, Shingo Kaneta-Takada, Yuichi Seki, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
学術変革B 第2回研究成果報告会
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[Presentation] Giant spin-valve effect and FET operation in nano-channel oxide devices made using metal-insulator transition2023
Author(s)
Tatsuro Endo, Shun Tsuruoka, Yuriko Tadano, Shingo Kaneta-Takada, Yuichi Seki, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE-29)
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Int'l Joint Research
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[Presentation] Giant spin-valve-like behavior induced by magnetic-field-controlled resistive switching in an Fe/MgO/Ge-based two-terminal device2023
Author(s)
Masaya Kaneda, Shun Tsuruoka, Tatsuro Endo, Takahito Takeda, Yuriko Tadano, Tetsuya Fukushima, Hikari Shinya, Akira Masago, Masaaki Tanaka, Hiroshi Katayama-Yoshida, and Shinobu Ohya
Organizer
2023 Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
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[Presentation] マンガン酸化物極薄膜ヘテロ構造における金属絶縁体転移に伴う磁気異方性の変化2022
Author(s)
小林 正起, L. D. Anh, 鈴木 雅弘, 金田 真悟, 竹田 幸治, 藤森 伸一, 芝田 悟朗, 田中 新, 田中 雅明, 大矢 忍, 藤森 淳
Organizer
日本物理学会2022年秋季大会
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小林 正起, L. D. Anh, 鈴木 雅弘, 金田 真悟, 竹田 幸治, 藤森 伸一, 芝田 悟朗, 田中 新, 田中 雅明, 大矢 忍, 藤森 淳
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第83回応用物理学会秋季学術講演会
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