磁気絶縁体に基づく磁気バルブ効果 - 業界ニュース - ニュース

磁性体を用いた電磁弁効果

ポストムーア時代の情報ストレージとロジック動作のニーズに直面したスピントロニクスデバイスは、セルサイズ、不揮発性、低消費電力、高速性を備えた次世代マイクロエレクトロニクスデバイスの開発において有望な開発方向を提供します。その中で、スピンバルブは、様々なタイプのスピントロニクスデバイスのコアユニットである。スピンバルブは、通常、2つの強磁性層の間のスピン偏極電子のために、2つの強磁性金属層と非磁性中間層とからなるサンドイッチコア構造を含む。素子の抵抗は2つの強磁性層の相対的な向きによって変調される。スピンバルブを用いた常温巨大磁気抵抗（GMR、1988）や室温トンネリング磁気抵抗（TMR、1995）素子は、高密度情報記憶素子や磁気ハードディスク、磁気ランダムアクセスメモリ、磁気センサ。この論文では、フランスのA. FertとドイツのP.Grünbergの2名の科学者が、巨大磁気抵抗効果（GMR）の発見のために2007年のノーベル物理学賞を受賞しました。

スピン波は、磁気システムにおけるスピン歳差運動の集合的な励起状態である。量子化された準粒子はマグネトロンと呼ばれ、各マグネトンはプランク一定のスピン角運動量を運ぶ。従来の金属のスピン偏極伝導電子と比較して、スピン波を利用したマグネソンには次のような利点があります。（1）マグネトロンの移動には熱放散がなく、減衰特性が低く、長距離スピンがあります。情報の普及には大きな利点があります。（2）マグネトロンの揺らぎ特性は、伝統的なフォンノイマンシステムの論理と計算アーキテクチャを破る可能性のある振幅と位相の両方の特性を持ち、ポストムーア時代の情報伝達になる可能性がある。重要な処理方法の1つは、（3）超流動、超伝導、ボーズ・アインシュタイン凝縮、ジョセフソンなどの巨視的な量子効果も凝縮物理学のホットスポットとなっている。磁気スピントロニクスの研究では、マイクロ波が最も一般的に使用される励起および検出方法である。しかし、マイクロ波装置の小型化は困難である。したがって、半導体スケール集積回路に磁気スピンデバイスを適用するためには、電気的方法に基づく磁化スピン励起、変調、および検出方法の開発が急務である。

2012年から2016年にかけて、中国科学アカデミー国立物理学研究所/中国国立凝縮物理学センターの磁力学研究所であるHan Xiufengが主導した研究チームは、マグネトロンスパッタリング技術と、一連の試料を通過させるための高温熱処理工程を含む。調製および最適化は、YIGが単結晶GGG基材上にのみ調製できるという制限を克服する。 Pt / YIG / Pt重金属/磁性絶縁体/重金属（HM / MI）を設計し、Si-SiO 2基板上に調製した。 / HM）層状のヘテロ構造を形成し、アリゾナ大学のZhang Yifeng教授のチームによって最初に観察された磁気ドラッグ効果は、マグネトロンの励起および透過によるPt層の一方の側のYIG電荷/スピン流は、他方のPt層の反対の電荷/スピン流を引きずることができる。この研究は、磁気絶縁体が磁石スピンの伝送チャネルとして機能できることを確認している

最近、Han Xiufengの研究チームは、磁気電極としてYIG磁気絶縁体、中間層としてAu、GGG基板上にヘテロエピタキシャル成長を革新的に採用して、高品質のYIG / Au / YIG新規磁気絶縁体/金属/磁性絶縁体（MI / NM / MI） - 磁極バルブ構造と、この構造におけるマグネットバルブ効果の最初の観測と発見、すなわち、2つの磁性絶縁層の相対的な磁化方向の向きを制御することができる磁束サイズ。第1に、YIGの2つの層の結晶構造を微調整して、反平行相対磁化配向を達成するために異なる保磁力を生成する。局所的な電流加熱法を用いて温度勾配を生成し、縦スピンゼーベック効果を用いてYIGを刺激した。磁気サブバルブの磁気サブストリームを通る磁束は、アンチスピンホール効果Pt中; 磁気バルブの磁気流体力学的な大きさによって2層のYIGの相対的な向きを制御することができる。この場合、フラットとアンチの相対的な磁気弁比（MVR）室温での平行状態は19％に達することができる。磁気バルブ比の比率は主に磁性絶縁体に依存することが明らかになった/金属界面でのマグネトロン - 電子スピンの変換効率の温度依存性は理論計算結果と一致する。 Auのスピン拡散は、磁気サブバルブとAuの厚さの比の依存性を適合させることによって得られる。長さは15.1nmであり、これはスピンポンプ法によって得られた結果と一致する[Hao Wu and XF Hanら、Phys。 Lett.Rev。 120（2018）097205、DOI：https://doi.org/10.11 03 / PhysRevLett.120.097205、編集者の提案とフィジックスに掲載されています。

本研究で作成した新しい磁気絶縁体/中間層/磁性絶縁体（MI / NM / MI）磁気バルブ構造体は、それ自体がスピン情報伝達と論理演算であるYIG / Au / YIGである。基本的な磁気型コアセルデバイスは、磁気サブストリーム回路、ロジック、ストレージ、ダイオード、トランジスタ、導波路およびスイッチに基づく磁気サブデバイスの将来の研究および開発のための材料および物理的基礎でもある。これは、磁気絶縁体のスピン情報キャリアとしての磁気絶縁体を有する新しいクラスのスピントロニクスコアデバイスが、重要なアプリケーションの見通しを有し、材料、物理およびデバイスのブレークスルーが、低エネルギー、書き換え可能である可能性があることを示している。揮発性および高周波のコンピュータシリーズのコアデバイスです。そして、この磁気弁構造は、将来の統合された集積化および磁気サブデバイス、スピントロニクスデバイスおよび半導体マイクロ電子デバイスの広範な利用に寄与する既存の大規模集積回路プロセスに適合させることができる。