【基礎編】 |
第1章 巨大磁気抵抗効果(猪俣浩一郎) |
1. はじめに 3 |
2. 巨大磁気抵抗(GMR)効果とは 4 |
3. GMR効果のメカニズム 5 |
4. スピンバルブGMR 7 |
5. スピンバルブGMRのエンハンス 8 |
6. スピンバルブCPP-GMRのエンハンス 9 |
第2章 トンネル磁気抵抗効果(宮﨑照宣) |
1. 原理 12 |
2. TMR比の障壁高さ依存性 14 |
3. TMR,AMR,PHEの比較 15 |
4. 交換バイアス層を有するスピンバルブタイプ接合 16 |
5. 単結晶高品質トンネル接合 18 |
6. ハーフメタルを用いたトンネル接合 22 |
7. 磁性半導体のトンネル磁気抵抗効果 24 |
8. グラニュラー構造物質の巨大磁気抵抗効果 24 |
第3章 スピン注入・蓄積効果(高橋三郎,前川禎通) |
1. はじめに 28 |
2. スピン注入・検出素子 28 |
3. スピン伝導の基礎 29 |
4. スピン蓄積シグナル 31 |
5. スピンホール効果 33 |
6. おわりに 34 |
第4章 磁性ナノ粒子系におけるスピン依存単一電子トンネル現象(高梨弘毅) |
1. はじめに 37 |
2. 磁性ナノ粒子集合体 39 |
3. スピン依存SETに基づくTMRの特徴的な現象 42 |
3.1 TMRの増大 42 |
3.2 TMRの振動 46 |
4. 今後の課題-結びにかえて 48 |
第5章 スピンダイナミクス(安藤康夫,水上成美,中村洋明,久保田均,宮﨑照宣) |
1. はじめに 51 |
2. ダイナミクスの基礎 51 |
2.1 スピンの運動 51 |
2.2 熱揺らぎ 53 |
3. スピンの才差運動とスピンポンピング 54 |
3.1 スピンポンピング 54 |
3.2 FMRとGilbertダンピング 55 |
3.3 ポンププローブ法とGilbertダンピング 57 |
4. スピンの反転 58 |
5. 新しいスピン反転方法とスピンダイナミクス 60 |
5.1 Precessional switching 60 |
5.2 Toggling 61 |
5.3 スピン注入磁化反転 61 |
6. おわりに 62 |
第6章 磁性半導体の伝導現象(松倉文礼,大野英男) |
1. はじめに 64 |
2. (Ga,Mn)Asの結晶成長 64 |
3. 磁気的性質 65 |
4. 正孔誘起強磁性 65 |
5. 伝導現象 66 |
5.1 抵抗の温度依存性及び磁場依存性 66 |
5.2 ホール効果 69 |
5.3 異方性磁気抵抗効果 71 |
5.4 磁壁と伝導 73 |
6. おわりに 75 |
第7章 磁性半導体の光磁化と光操作(宗片比呂夫) |
1. はじめに 79 |
2. III-V族磁性混晶半導体 79 |
3. キャリア誘起強磁性 81 |
4. 強磁性の光制御 83 |
4.1 (In,Mn)As/GaSbヘテロ構造における光誘起効果 83 |
4.2 (Ga,Mn)Asにおける光誘起磁化回転 86 |
5. 展望:半導体スピントロニクス 89 |
第8章 磁性半導体の電子状態,磁性およびスピン伝導(井上順一郎) |
1. はじめに 93 |
2. 強磁性金属/半導体接合でのスピン注入 93 |
3. 強磁性半導体の電子状態 95 |
4. 強磁性発現機構 96 |
4.1 RKKY模型 97 |
4.2 磁気ポーラロン模型 97 |
4.3 第一原理計算と二重交換模型 98 |
4.4 Zener模型 99 |
4.5 二重共鳴機構 99 |
5. 2次元電子ガスにおける拡散領域での電子伝導度とスピン蓄積 101 |
6. おわりに 102 |
第9章 配列ドット格子と磁気物性(大谷義近) |
1. はじめに 105 |
2. ナノ磁性体円盤の磁気相図 105 |
2.1 軟磁性Fe20Ni80円盤の磁気構造 107 |
2.2 Co/Pt人工格子ドット 109 |
3. ナノ磁気円盤の磁気特性と応用 112 |
3.1 面内単磁区構造(S//構造) 112 |
3.2 孤立した磁気渦構造とその運動 112 |
3.3 静磁的に結合した2次元磁気渦格子 114 |
第10章 強磁性細線におけるスピン偏極電流による磁壁の運動(小野輝男) |
1. はじめに 117 |
2. スピントランスファー効果による磁壁の電流駆動とは 118 |
3. 強磁性細線における磁壁の電流駆動 119 |
4. スピントロニクスデバイスへの応用 124 |
【材料・デバイス編】 |
第11章 高スピン偏極材料の理論設計(白井正文) |
1. はじめに 129 |
2. ハーフメタル:理論と実験 129 |
3. 新ハーフメタルの理論設計 130 |
4. スピン軌道相互作用の効果 133 |
5. 原子配列不規則性の効果 133 |
6. 高スピン偏極ヘテロ接合の理論設計 134 |
7. 今後の展望 134 |
第12章 ハーフメタル薄膜とTMR(猪俣浩一郎) |
1. はじめに 138 |
2. 酸化物系ハーフメタル 139 |
2.1 LSMO 139 |
2.2 Sr2FeMoO6(SFMO) 140 |
2.3 Fe3O4 140 |
2.4 CrO2 141 |
3. ホイスラー合金 141 |
3.1 ハーフホイスラー合金 141 |
3.2 フルホイスラー合金 142 |
3.2.1 Co2MnZ(Z=Ge,Si)フルホイスラー合金の構造と磁性 144 |
3.2.2 Co2(Cr,Fe)Alホイスラー合金薄膜の構造と磁性 144 |
3.2.3 Co2(Cr,Fe)Alホイスラー合金薄膜を用いたトンネル接合のTMR 147 |
4. せん亜鉛鉱型 150 |
5. おわりに 150 |
第13章 単結晶トンネル接合のコヒーレントなTMR効果(湯浅新治) |
1. TMR効果の物理機構 153 |
2. 単結晶電極を持つトンネル接合とTMR効果の結晶方位依存性 155 |
3. スピン偏極共鳴トンネル効果 157 |
4. トンネル電子の波動関数の対称性の重要性 162 |
5. 全単結晶トンネル接合のコヒーレント・トンネルによる巨大なTMR効果 163 |
6. おわりに 165 |
第14章 スピン注入による磁化反転(屋上公二郎,鈴木義茂) |
1. スピン注入磁化反転の発見 167 |
2. スピン注入磁化反転の機構 168 |
2.1 スピントルク 168 |
2.2 スピンダイナミクス 170 |
3. 実験研究の現状 173 |
3.1 微細素子の作製 173 |
3.2 電流注入による磁気抵抗効果膜の磁化反転 175 |
3.3 臨界電流を小さくする試み 178 |
3.4 スピントランスファーを用いたその他の試み 178 |
4. MRAMへの応用と課題 179 |
4.1 大容量MRAMの実現 179 |
4.2 MRAMへの適用における問題点 181 |
5. おわりに 182 |
第15章 半導体をベースとしたヘテロ構造-強磁性転移温度と磁性制御-(田中雅明) |
1. はじめに 184 |
2. MnデルタドープGaAsを含むp型選択ドープヘテロ構造 184 |
2.1 磁性混晶半導体 184 |
2.2 磁性元素のデルタドーピング 185 |
2.3 Mnデルタドープとp型選択ドープヘテロ構造 188 |
3. 磁気輸送特性と強磁性秩序 189 |
3.1 強磁性秩序の構造依存性 189 |
3.2 強磁性転移温度と正孔濃度の評価および低温アニール効果 191 |
3.3 高い強磁性転移温度 193 |
4. ゲート電界および光照射による磁性の制御 194 |
4.1 FET構造におけるゲート電圧による磁性の制御 194 |
4.2 光照射による磁性の制御 195 |
5. おわりに 197 |
第16章 室温磁性半導体-新材料と課題-(安藤功兒) |
1. 磁性半導体に期待される機能 199 |
2. 磁性半導体の研究の経緯 199 |
3. 室温強磁性半導体の理論予測と実験報告の現状 201 |
4. 磁性半導体の本質はs,p-d交換相互作用 202 |
5. In1-xMnxAsとGa1-xMnxAs 203 |
6. Zn1-xCrxTe 204 |
7. ZnO:TM 206 |
8. GaN:Mn 208 |
9. Ga1-xCrxAs 208 |
10. おわりに 209 |
第17章 磁気抵抗スイッチ効果(秋永広幸) |
1. はじめに 212 |
2. 磁気抵抗スイッチ効果の概要 212 |
3. 磁気抵抗スイッチ効果の起源 216 |
4. おわりに 220 |
【応用編】 |
第18章 微細加工技術(松浦正道) |
1. はじめに 223 |
2. 微細加工技術の概要 223 |
3. 微細加工技術とスピントロニクス研究への応用 226 |
3.1 電子線リソグラフィおよび光リソグラフィ 226 |
3.2 エッチングおよびリフトオフ 228 |
3.3 収束イオンビーム 232 |
3.4 走査プローブ顕微鏡 235 |
4. 磁性膜エッチング技術 238 |
4.1 磁性材料エッチングの困難性 238 |
4.2 磁性膜反応性ドライエッチング技術 238 |
4.2.1 ハロゲンガス系プロセス 238 |
4.2.2 非ハロゲンガス系プロセス 240 |
第19章 磁気ヘッドへの応用(小林和雄) |
1. はじめに 245 |
2. 磁気記録概観 246 |
3. 磁気ヘッド技術 251 |
3.1 MRヘッド 251 |
3.2 スピンバルブヘッド 255 |
3.3 強磁性トンネル接合 261 |
4. おわりに 264 |
第20章 Development of MRAM |
(Brad N. Engel, Thomas W. Andre, Mark Durlam, Bradley J. Garni, Greg Grynkewich,Jason Janesky, Joseph J. Nahas, Nicholas D. Rizzo, Jon M. Slaughter,Chitra K. Subramanian, Saied Tehrani) |
1. Introduction 266 |
2. 4Mb Memory Cell and Process Integration 267 |
3. MRAM Programming 270 |
3.1 Review of Conventional MRAM 270 |
3.2 New Approach-Toggle MRAM 272 |
3.3 Switching Results 277 |
4. The 4Mbit Chip Architecture 278 |
4.1 Isolated Write and Read Path Bitcell Array 278 |
4.2 512kbit Core Array Description 279 |
4.3 4Mbit Chip Description 281 |
5. The Balanced Three Input Sensing Scheme 281 |
5.1 Midpoint Conductance Reference 281 |
5.2 Three Stage Senseamplifier 282 |
5.3 Balanced Three Input Column Multiplexing 282 |
5.4 Preamp Stage Operation 283 |
5.5 Read Margin Sweep Test Mode 284 |
6. The Write Current Driver 285 |
6.1 Unidirectional Write Currents 285 |
6.2 Locally Mirrored Driver Circuit 286 |
7. Timing 286 |
7.1 Read Before Write Sequence Timing 286 |
7.2 Silicon Results 288 |
8. Summary of Features 288 |
8.1 Features 288 |
9. Summary 288 |
第21章 スピンバルブトランジスタ(水島公一) |
1. はじめに 290 |
2. スピンバルブトランジスタの作製とその特性 291 |
3. 考察 293 |
4. 磁気ヘッド応用の可能性 295 |
5. スピンバルブトランジスタの高性能化 296 |
6. おわりに 299 |
第22章 電界によるスピン制御とスピンFET(新田淳作) |
1. はじめに 301 |
2. 電界効果スピントランジスタの動作原理 302 |
3. ゲート電圧によるスピン軌道相互作用とスピン回転制御 303 |
4. 磁性体電極の評価と半導体へのスピン注入 306 |
5. 今後の展望 309 |
第23章 量子コンピュータとスピンエレクトロニクス(伊藤公平) |
1. 量子コンピュータの基礎と性能指標 312 |
2. 量子コンピュータ開発最前線 316 |
3. シリコン量子コンピュータ 318 |
3.1 ケーン型シリコン量子コンピュータ 319 |
3.2 全シリコン量子コンピュータ 321 |
4. おわりに 322 |