| 研究課題/領域番号 |
26630123
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
大矢 忍 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20401143)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2017-03-31
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| キーワード | スピントロニクス / 磁気トンネル接合 / 量子井戸 / 半導体 |
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| 研究実績の概要 |
本提案では、FeやMgOからなる強磁性量子井戸を含む多層膜を、Geなどの半導体基板上にエピタキシャル成長し、スピンに依存した共鳴トンネル状態を利用して、トンネル磁気抵抗効果(TMR)デバイスに新たな機能を付加することを目的としている。このような手法により、人工的にスピン分極率をデザインすることを可能とすることを目的としている。
昨年度の研究により、Ge基板上のMgO上に平坦にFe層を薄く堆積することが難しいことが明らかになったため、今年度は、まず極薄膜Fe層を表面の平坦性を保って成長することに主眼をおいて研究を進めた。系統的な測定により、製膜後のアニールが平坦性を上げる上で非常に効果的であることが明らかになった。このような手法を駆使して、Fe/MgO/p-Ge３層構造を作製し、トンネル抵抗を様々なMgO膜厚の素子に対して測定した結果、MgO障壁高さが約200meVと低いことが判明した。これは予想外の結果であり、今後更なる検証を進めたい。また、Ge上に成長したFe/MgO/Feでp-Ge基板を電極としてTMRの測定を行い、室温で初めてGeを介したTMRを観測することに成功した。
また、予定外の成果としては、同じくp-Ge基板上に成長した強磁性半導体GeFeと、その上に製膜したFe/MgOからなる磁気トンネル接合において、世界で初めてTMRを観測することに成功した。TMRの大きさはまだ1%弱と小さいが、IV族の半導体をベースとした強磁性材料から半導体にスピン注入が可能であることを示す初めての結果であり、今後の発展が期待される。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
Ge基板上にFe/MgO/p-Ge３層構造を作製し、Ge基板を介してトンネル磁気抵抗効果を観測でき、また、系統的に障壁高さを観測できた。この点については、着実に研究が進んでいると考えている。
予定外の成果としては、同じくp-Ge基板上に成長した強磁性半導体GeFeと、その上に製膜したFe/MgOからなる磁気トンネル接合において、世界で初めてTMRを観測することに成功している。TMRの大きさはまだ1%弱と小さいが、IV族の半導体をベースとした強磁性材料から半導体にスピン注入が可能であることを示す初めての結果であり、今後の、スピン注入デバイスへの発展が期待される。今後は、これらの材料系で量子井戸構造を作製し、量子デバイスの実現につなげたいと考えている。
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| 今後の研究の推進方策 |
Ge基板上にFe/MgO/p-Ge３層構造を作製し、Ge基板を介してトンネル磁気抵抗効果を観測でき、また、系統的に障壁高さを観測できたため、今後は、多層量子構造の作製に挑戦し、量子効果とそれに関連したトンネル磁気抵抗効果を観測することに重点をおいて研究を進めたい。一方、予定外の成果として、強磁性半導体GeFeを用いてTMRを観測できたため、この材料系についても、量子構造を作製し、量子的な閉じ込め効果とスピン依存伝導が共存する状態での新たな物理の創出を目指す。また、一方で、この効果は半導体へのスピン注入にも応用できるため、そのような新たな方向性を開拓することも考えている。
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