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フェルミ準位制御によるスピン依存単一電子トンネル素子の室温動作

研究課題

研究課題/領域番号 17360003
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 応用物性・結晶工学
研究機関東北大学

研究代表者

三谷 誠司  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20250813)

研究分担者 嶋 敏之  東北学院大学, 工学部, 准教授 (50261508)
高梨 弘毅  東北大学, 金属材料研究所, 教授 (00187981)
薬師寺 啓  東北大学, 金属材料研究所, 助手 (10361172)
研究期間 (年度) 2005 – 2007
研究課題ステータス 完了 (2007年度)
配分額 *注記
15,060千円 (直接経費: 14,400千円、間接経費: 660千円)
2007年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
2006年度: 2,600千円 (直接経費: 2,600千円)
2005年度: 9,600千円 (直接経費: 9,600千円)
キーワードナノ材料 / トンネル効果 / 量子ドット / スピンエレクトロニクス / 電子デバイス / クーロンブロッケイド / 電子デバイス・機器 / フェルミ準位 / 帯電効果 / 磁気抵抗効果
研究概要

スピン依存単一電子トンネル効果を室温で観測することを狙い、本研究では材料特性の制御、特にフェルミ準位の制御と素子構造の最適化に関する研究を行った。トンネルバリアとなる絶縁層の層厚や物性の精密制御(低抵抗・低キャパシタンスの実現)が重要であるとともに、スピン依存単一電子トンネル効果のための2重トンネル接合構造全体の最適化が必要である。
MgOを中心に実験を行った結果、適切な成長条件を選ぶことにより、約1eV程度のバリア高さの試料が再現性良く得られ、素子化に有用であることが分かった。低抵抗化は低キャパシタンスの実現に有効であり、結果的に高温動作に有利になるが、この目的でバリア高さを下げすぎた場合には、単一電子トンネル効果のオン/オフ抵抗比が小さくなり、単一電子トンネル素子の基本特性としては問題があることも分かった。上記のバリア高さの値はバルクのMgOのバンドギャップの半分より小さく、得られたトンネルバリアでは2eV程度フェルミ準位が高エネルギー側にシフトしていると考えられる。AlOバリアを用いた実験では、バリア層の分割形成がバリア層の平坦性の制御に有用であることが分かった。
また、密接に関連する重要な成果として、スピン依存単一電子トンネル素子の構成要素であるMgO単結晶マトリックス中の磁性金属ナノ粒子のトンネル磁気抵抗効果を観測した。これまでMgO単結晶マトリクス中のFeやFeCoナノ粒子のトンネル磁気抵抗効果はほとんど報告されておらず、界面酸化などのよるトンネル磁気抵抗効果の消失等が懸念されていたが、分極率から予想される大きさのトンネル磁気抵抗効果の発現を実験的に確認した。

報告書

(4件)
  • 2007 実績報告書   研究成果報告書概要
  • 2006 実績報告書
  • 2005 実績報告書
  • 研究成果

    (25件)

すべて 2007 2006 2005

すべて 雑誌論文 (19件) (うち査読あり 6件) 学会発表 (6件)

  • [雑誌論文] Preparation and magnetotransport properties of MgO-barrier-based magnetic doubletunnel junctions including nonmagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Nogi
    • 雑誌名

      Journal of Physics D 40

      ページ: 1242-1246

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-accumulation in metallic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      F. Ernult
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter 19

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-dependent tunneling and Coulomb blockade in ferromagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      K. Yakushiji
    • 雑誌名

      Phys. Rep. 451

      ページ: 1-35

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin dependent single electron tunneling and spin accumulation in metallic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani
    • 雑誌名

      Proc. Northeastern Asian Symp. Adv. Mater.

      ページ: 96-99

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書 2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation and magnetotransport properties of MgO-barrier-based magnetic double tunnel junctions including nonmagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      Y. Nogi et. al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics D 40

      ページ: 1242-1246

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Spin-accumulation in metallic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      F. Ernult et. al.
    • 雑誌名

      Journal of Physics: Condensed Matter 19

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Spin-dependent tunneling and Coulomb blockade in ferromagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      K. Yakushiji et. al.
    • 雑誌名

      Phys. Rep. 451

      ページ: 1-35

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Spin dependent single electron tunneling and spin accumulation in metallic nanoparitcles2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani et. al.
    • 雑誌名

      Proc. Northeastern Asican Symp. Adv. Mater.

      ページ: 96-99

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Preparation and magnetotransport properties of MgO-barrier-based magnetic double tunnel junctions including nonmagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      Y.Nogi
    • 雑誌名

      Journal of Physics D 40

      ページ: 1242-1246

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Spin-accumulation in metallic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      F.Ernult
    • 雑誌名

      Journal of Physics : Condensed Matter (in press)

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Self-assembled metallic nanoparticles for spin dependent single electron tunneling2006

    • 著者名/発表者名
      F. Ernult
    • 雑誌名

      Phase Transition 79

      ページ: 717-726

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Self-assembled metallic nanoparticles for spin dependent single electron tunneling2006

    • 著者名/発表者名
      F. Ernult et. al.
    • 雑誌名

      Phase Transition 79

      ページ: 717-726

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Self-assembled metallic nanoparticles for spin dependent single electron tunneling2006

    • 著者名/発表者名
      F.Ernult
    • 雑誌名

      Phase Transition 79

      ページ: 717-726

    • 関連する報告書
      2006 実績報告書
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of L10-ordered FePt/AlO/FeComagnetic tunnel junctions2005

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani
    • 雑誌名

      IEEE Transaction on Magnetics 41

      ページ: 2602-2608

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrical transport and magnetoresistance in Co-Al-O granularfilms under high pressure2005

    • 著者名/発表者名
      S. Kaji
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 74

      ページ: 2783-2790

    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of L10-ordered FePt/AlO/FeCo magnetic tunnel junctions2005

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani et. al.
    • 雑誌名

      IEEE Transaction on Magnetics 41

      ページ: 2602-2608

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Electrical transport and magnetoresistance in Co-Al-O granular films under high pressure2005

    • 著者名/発表者名
      S. Kaji et. al.
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 74

      ページ: 2783-2790

    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [雑誌論文] Fabrication and characterization of LlO-ordered FePt/AlO/FeCo magnetic tunnel junctions2005

    • 著者名/発表者名
      S.Mitani
    • 雑誌名

      IEEE Transaction on Magnetics 41

      ページ: 2602-2608

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [雑誌論文] Electrical transport and magnetoresistance in Co-Al-O granular films under high pressure2005

    • 著者名/発表者名
      S.Kaji
    • 雑誌名

      Journal of Physical Society of Japan 74

      ページ: 2783-2790

    • 関連する報告書
      2005 実績報告書
  • [学会発表] Spin-dependent single electron tunneling and spin accumulation in nonmagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani
    • 学会等名
      lst International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Application
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Spin-dependent single electron tunneling in nonmagnetic nanoparticles: Effect of spinaccumulation2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani
    • 学会等名
      Northern Asia Symposium on Advanced Materials
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 説明
      「研究成果報告書概要(和文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Spin-dependent single electron tunneling and spin accumulation in nonmagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani ed. al.
    • 学会等名
      1^st International Symposium on Advanced Magnetic Materials and Application
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Spin-dependent single electron tunneling in nonmagnetic nanoparticles: Effect of spin accumulation2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani ed. al.
    • 学会等名
      Northern Asia Symposium on Advanced Materials
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 説明
      「研究成果報告書概要(欧文)」より
    • 関連する報告書
      2007 研究成果報告書概要
  • [学会発表] Spin-dependent single electron tunneling and spin accumulation in nonmagnetic nanoparticles2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani
    • 学会等名
      1st International Symposium on Advanced Magnet ic Materials and Application
    • 発表場所
      Jeju, Korea
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書
  • [学会発表] Spin-dependent single electron tunneling in nonmagnetic nanoparticles: Effct of spin accumulation2007

    • 著者名/発表者名
      S. Mitani
    • 学会等名
      Northern Asia Symposium on Advanced Materials
    • 発表場所
      Beijing, China
    • 関連する報告書
      2007 実績報告書

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公開日: 2005-04-01   更新日: 2016-04-21  

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