スピンエレクトロニクスの基礎と最前線

シーエムシー出版／2004.7

当館請求記号：ND351-H14

分類：技術動向

目次

目次

• 【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
    宮崎照宣
  • • 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
      35
• • 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
    宮崎照宣
  • • 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気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
    室温強磁性半導体-新材料と課題-
    安藤功児
  • • 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
      In_1-xMn_xAsとGa_1-xMn_xAs
      203
  • • 6
      Zn_1-xCr_xTe
      204
  • • 7
      ZnO : TM
      206
  • • 8
      GaN : Mn
      208
  • • 9
      Ga_1-xCr_xAs
      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

MOKUJI分類：技術動向