研究課題
強磁性層/絶縁層/強磁性層から構成される強磁性トンネル接合(MTJ)は室温にて巨大なトンネル磁気抵抗(TMR)効果を示すことから、近年、国内外で盛んに研究が進められている。TMR効果とは、両強磁性層の磁化が平行であるとき抵抗が小さくなり、反平行であるとき抵抗が大きくなる現象である。その抵抗変化率はTMR比と定義され、現在のところ、最大で600%程度のTMR比が得られている。一方で、MTJは室温にてトンネル磁気キャパシタンス(TMC)効果も示す。しかしながら、TMC比は50%程度に留まっており、また、そのメカニズムも明らかになっていない。そこで、本研究課題では、TMC比の向上を目指すとともに、そのメカニズムを解明することを目的とした。本研究課題の推進は、静的なスピン蓄積と交流スピンダイナミクスに関する新たな学術的知見を提供するとともに、次世代革新的超高性能・低消費電力メモリ素子の実現に向けた新たな設計指針を導くと期待できる。昨年度、マグネタイトを強磁性電極に用いたMTJ素子において、新現象であるInverse TMC効果(=負のTMC効果)を観測することに初めて成功した。Inverse TMC効果とは磁化平行状態のときキャパシタンスが小さく、反平行状態のときキャパシタンスが大きくなる現象である。ここでのTMC比は10%程度と低い値を示すが、素子に直流電圧を印加するとTMC比が向上することを見出した。そこで、絶縁層に酸化マグネシウムを用いたMTJ素子(=90%程度の正のTMC効果を示す素子)を作製し、TMC比の直流電圧依存性を調べた。その結果、直流電圧を印加するに従い、TMC比は上昇し100%を超えることが明らかになった。また、本実験結果は、スピン依存拡散模型と4次関数バリア近似を取り入れたデバイ・フレーリッヒ模型に基づく理論計算により定量的に説明することができた。
29年度が最終年度であるため、記入しない。
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Scientific Reports
巻: 7 ページ: 2682(1-12)
10.1038/s41598-017-02361-4
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