スピン依存単電子トンネル現象

摘要

強磁性トンネル接合では，トンネルコンダクタンスのスピン依存性に基づいたトンネル磁気抵抗効果（TMR）が発現する．TMRを利用したデバイスである磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）や再生磁気ヘッドなどの開発は現在の磁気ストレージ技術の進展を担っており，スピンエレクトロニクスにおける一大テーマとなっている1）．強磁性トンネル接合のサイズをナノスケールにまで小さくしたときの磁気伝導現象はどのようなものであろうか．これが本稿で述べる我々の研究テーマである．非磁性金属や半導体を用いた微小トンネル接合では，単電子トンネリング(single-electron tunneling：SET)と呼ばれる，マクロスコピックなサイズでは現れないような特徴的な伝導現象が現れることが知られている．ナノスケールの強磁性トンネル接合における磁気伝導現象は，その試料作製の難しさから殆ど明らかにされてこなかったが，理論的には，SETの特徴的な伝導とスピン依存トンネリングとの重畳，すなわち"スピン依存SET" により特異な磁気伝導現象が現れることが期待されている．我々は，スパッタ法により比較的簡単に成膜できる金属一非金属グラニエラー薄膜（グラニユラー薄膜）が直径数nmの磁性粒子と絶縁体マトリクスから構成されることに着目し，微小電極構造と組み合わせた試料を作製することによってスピン依存SETの磁気伝導現象を調べることに成功した．本稿では，これまでに明らかとなったスピン依存SETによるいくつかの特異なTMR の振る舞いについて紹介する．