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ハーフメタリックな性質を持つ遷移金属酸化物を用いた室温で巨大な磁気抵抗を示すトンネルデバイスの実現を目指して、本研究では、接合の最適作製条件および強磁性酸化物表面の磁気的状態とトンネル磁気抵抗効果との関係を探査し、以下の知見を得た。
1.パルスレーザー堆積(PLD)を用いて低温で高品質なFe_3O_4薄膜、MgO障壁層を成長させ、Fe_3O_4層表面の酸化状態評価より接合作製において障壁層の成長は酸素圧1x10^<-5>Torr以上では約200℃以下で行う必要があることを明らかにした。また、ハーフメタリックなSr(FeMo)O_3薄膜を従来の報告より300℃低い500℃で成長させることに成功した。
2.MgO絶縁障壁層の最適PLD成長条件を決定した。また、Au/MgO/Fe_3O_4トンネル構造を作製、接合電流-電圧特性の評価・解析を行い、1nm厚のMgO層でも良好なトンネル特性を示すことを明らかにした。
3.Co_<0.4>Fe_<2.6>O_4/Fe_3O_4/MgO/Fe_3O_4構造を作製し、接合におけるFe_3O_4電極間の反平行磁化状態に対応する磁気抵抗効果を確認した。その磁気抵抗変化は、-0.5%と極めて小さかったが、その磁場依存性から、その値は本研究の動機の一つである界面付近の磁化の超常磁性的な振る舞いと関連する可能性があることを初めて明らかにした。
4.MgO(非磁性)-NiO(反強磁性)二重障壁層を持つFe_3O_4/NiO/MgO/NiO/Fe_3O_4接合構造を作製したが、接合面積が大きいこと、およびNiO層が極めて薄い(1nm)ことのため十分な接合特性は得られなかった。この解決には、半導体微細加工技術による数μm2の微少な面積の接合の形成が不可欠であることが明かとなった。
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