JST (의장 : Okimura Noriki)와 National Advanced Industrial Science and Technology (AIST, 회장 : Yoshikawa Hiroyuki)의 연구팀은 스핀 인사 바카라 꽁 머니 공명을 사용하는 새로운 모델을 가지고 있습니다다이오드개발 된 "스핀 토크 다이오드"
현재 반도체 다이오드는 전기 신호의 검출 및 정류를 얻는 데 사용됩니다 그러나 반도체는 저항 값이 높기 때문에 저항 값이 더 작기 때문에 저항 값은 마이크로파 배선과 일치 할 수 없으며 에너지 전달 효율은 열악 해집니다
연구팀은 전 세계적으로 특정 주파수의 마이크로파가 금속 및 절연체로 만들어진 터널 마그네상 정전 요소에 적용될 때 "스핀 주입 바카라 꽁 머니 공명"이라는 새로운 현상이 발생하여 반도체와 동일한 감지 및 정류 효과를 초래한다는 것을 발견했습니다 이 결과에 기초하여, 스핀 토크 다이오드 요소는 Gigahertz 마이크로파 범위에서 매우 효율적인 주파수 선택적 다이오드 효과를 나타내며, 또한 매우 작고 저항력이 낮고 저렴한 비용이므로 원칙적으로 반도체 다이오드를 능가 할 수 있습니다
이 결과는 JST 전략적 크리에이티브 리서치 프로모션 프로젝트 팀 유형 연구 (CREST 유형) "전자・ 광자 등의 기능 제어 제어 "연구 분야 (연구 장군 : Kanno Takuo, Toyo University, School Corporation의 회장) 연구 주제"고체스핀 주입8582_8741자연"에 발표됩니다
최근 몇 년 동안 "Spintronics"는 전자 제품의 새로운 트렌드로 주목을 끌고 있습니다 전자는 동시에 전기 특성 "전하"와 바카라 꽁 머니 특성 "스핀"을 갖습니다 그러나, 이전 전자 장치에서, 이러한 특성은 반도체 및 바카라 꽁 머니 공학에서 개별적으로 활용되었습니다 Spintronics는이 두 가지 특성을 동시에 활용하여 전례없는 기능을 얻는 것을 목표로합니다 스핀 트로닉스의 역사는 1988 년에 거대한 자석 정맥 내 효과 (GMR 효과)의 발견으로 거슬러 올라갈 수 있습니다이 효과는 바카라 꽁 머니 하드 디스크 (HDD)의 독서 헤드의 원리로 사용되었으며 HDD의 고밀도를 촉진하는 데 사용 된 것으로 잘 알려져 있습니다 1995 년, Tohoku University의 Miyazaki 교수와 다른 사람들은 실온에서 큰 자성상 효과를 나타내는 터널 바카라 꽁 머니 저항 요소와 오늘날의 비 휘발성 바카라 꽁 머니 메모리 (MRAM,magnetoresistive random access memory)가 개발되었습니다 1998 년에는 GMR 요소에 전류를 주입함으로써 바카라 꽁 머니 쓰기가 가능할 수 있으며, 초 고트 비트 MRAM을 실현할 수있게되었습니다 한편, 2000 년 미국 코넬 대학교 (Cornell University)의 한 그룹은 GMR 요소가 전자 레인지 발진기가 될 것이며, 새로운 분야에 대한 스핀 트로닉스 개발에 대한 희망이있었습니다 세계에서 GMR 요소와 TMR 요소가 마이크로파 감지기가 될 수있는 것은 이번이 처음이며, 스피 트로 닉스의 고주파 응용 프로그램에 모멘텀을 가져올 것으로 예상됩니다
현재 전기 신호용탐지/정류반도체 다이오드는 효과를 얻는 데 사용됩니다 그러나 반도체는 저항 값이 높기 때문에 저항 값이 더 작기 때문에 저항 값은 마이크로파 배선과 일치 할 수 없으며 에너지 전달 효율은 열악 해집니다
연구팀은 특정 주파수에서 금속과 절연체로 만든 터널 자석성 요소를 가지고 있습니다마이크로파"스핀 주입 바카라 꽁 머니 공명"이라는 새로운 현상이 주어졌으며, 결과적으로, 세상에서 처음으로 반도체와 유사한 탐지 및 정류 효과가 달성 될 수 있음을 발견했습니다 이 결과에 기초하여, 스핀 토크 다이오드 요소는 Gigahertz 마이크로파 범위에서 매우 효율적인 주파수 선택적 다이오드 효과를 나타내며, 또한 매우 작고 저항력이 낮고 저렴한 비용이므로 원칙적으로 반도체 다이오드를 능가 할 수 있습니다
(1) 스핀 주입 바카라 꽁 머니 공명의 발견
COFEB 전극/MGO 터널 배리어/COFEB 전극으로 구성된 터널 자석성 요소를 약 100 nm x 200 nm의 단면을 갖는 기둥 모양 (컬럼)로 처리되었습니다 [그림 1 (a)] 상단 코페브 전극은 자석이며 바카라 꽁 머니 극이 회전 가능하기 때문에 자유 층이라고합니다 반면에, 하부 COFEB 층의 바카라 꽁 머니 극 방향이 고정되어 있으므로 고정 층이라고합니다바카라 꽁 머니 적 요소| 이 두 전극의 바카라 꽁 머니 극이 정렬 될 때 전기 저항을 감소시키는 요소이며, 바카라 꽁 머니 극이 반전 될 때 전기 저항을 증가시킵니다 이 효과는 MRAM의 바카라 꽁 머니 기록을 전기적으로 읽는 데 사용됩니다
(a) 나노 필라의 조감도
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(b) 위의 나노 베라보기
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그림 1 스핀 토크 다이오드의 구조적 다이오드
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그건 그렇고, COFEB 전극은 자석이지만,이 재료는 작은 자석, 즉 전자 스핀의 스핀의 바카라 꽁 머니 극이 정렬되기 때문에 자화됩니다 (스핀이 왜곡되면 극이 서로 취소되므로 자석의 전체 특성이 더 이상 표시되지 않습니다) 전류는이 요소를 통해 위에서 아래로 또는 하단에서 상단으로 전달됩니다 전류는 전자이지만, 전자는 자석이지만, 자석은 자유 층에서 고정 층으로 또는 고정층에서 자유 층으로 흐릅니다 이것을 "스핀 주입"이라고합니다 전자의 바카라 꽁 머니 극의 방향은 Cofeb와 같은 자석에서 나올 때 즉시 왜곡 되므로이 현상은 일상 생활에서 보이지 않습니다 이 현상은 나노 월드에 고유합니다 (1nm은 백만 분의 1mm 중 하나) 전자 자석이 자유 층으로 흐르면 전자와 원래 전자 사이에 힘이 생성됩니다 이 힘을 "토크"라고합니다 이 힘은 자유층의 바카라 꽁 머니 극의 방향을 변화시킵니다 이것은 "스핀 주입 자화 반전"이 방법을 사용하면 힘이 거의없는 바카라 꽁 머니 쓰기가 가능하며 차세대 MRAM에 적용될 것으로 예상됩니다
이제, 번갈아 가면 (시간이 지남에 따라 전류의 방향이 변하는 전류) 가이 요소를 통과 할 때, 전류가 자유 층에서 고정층으로 흐르면, 도면의 방향 A와 자유 층의 자화와 고정 층이 평행하게 시도됩니다 한편, 전류가 고정층에서 자유 층으로 전달 될 때, 토크는 도면의 방향 B에서 생성되고 자유 층의 바카라 꽁 머니 극과 고정 층은 안티 파란 엘이 되려고한다
그건 그렇고, 방향 자석의 바늘은 북극을 가리키지 만 북극이 북극을 향할 때까지 한동안 북극 방향을 진동합니다 유사하게, 자유층의 바카라 꽁 머니 극의 방향은 또한 고유 한 기간에 진동의 특성을 갖는다 이 주파수는 일반적으로 휴대 전화와 같은 통신에 사용되는 마이크로파 대역의 주파수입니다 따라서, 자유 층의 교대 전류는 전자 레인지 주파수를 교대로 통과시켰다 그런 다음 주파수가 자유 층의 고유 주파수와 일치 할 때 바카라 꽁 머니 극의 방향이 큰 진동을 진동하기 시작한다는 것을 발견했습니다 이것은 일종의 공명 현상이므로 "스핀 주입바카라 꽁 머니 공명"
(2) 스핀 토크 다이오드 효과의 발견
그림 2는 바카라 꽁 머니 극의 순간 방향과 스핀 주입 바카라 꽁 머니 공명이 발생할 때 전류의 방향 사이의 관계를 보여줍니다 전류가 위에서 아래로 흐르면 바카라 꽁 머니 극이 정렬되고 전기 저항이 작습니다 따라서, 전류는 요소를 가로 질러 큰 전압이 나타나지 않고 흐릅니다 반면, 현재가 바닥에서 흐르는 순간, 요소의 바카라 꽁 머니 극이 반대 방향에 직면하여 전기 저항이 더 커집니다 따라서, 전류가 흐를 수 있도록 두 요소에 큰 전압이 적용됩니다 이러한 방식으로, 요소를 가로 지르는 전압의 시간 평균을 볼 때 음의 전압이 생성된다는 것이 발견되었다 이것은 "스핀 토크 다이오드 효과"입니다 이 효과를 사용하여 DC 전압은 전자 레인지에서 얻을 수 있습니다 즉, 정류 및 탐지를 나타냅니다 무화과 도 3은 DC 전류에 적용되는 교대 전류의 주파수에 대한 실제 측정 된 DC 전압의 의존성을 도시한다 공명은 특정 주파수에서만 발생하고 큰 전압이 생성된다는 것을 알 수 있습니다 이 요소는 주파수 선택적 검출 효과를 나타내며, 노이즈 내성 검출기 일 것으로 예상됩니다
(a) 전류가 위에서 아래로 적용되면 자화가 평행 해지고 저항이 작아집니다
결과적으로 출력 전압은 양수이고 작습니다
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 (b) 전류 흐름이없는 경우 자화는 수직 방향으로 향합니다
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(c) 전류가 바닥에서 적용되면 자화가 반가 란이며 저항이 증가합니다
결과적으로 출력 전압은 음수이고 높습니다
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그림 2 스핀 토크 다이오드 효과의 원리 다이어그램
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그림 3 스핀 토크 다이오드 효과의 예 공명 조건을 충족하는 주파수의 AC 전류가 적용될 때 DC 전압이 생성됩니다 |
(3) 반도체 다이오드와 비교
바카라 꽁 머니 정상 효과가 클수록 스핀 분사 자화 반전에 필요한 전압이 작을수록이 요소의 출력이 커집니다 터널 배리어 층으로서 MGO (산화 마그네슘)의 사용은 이미 AIST, IBM 및 Canon Anerva에 의해 이미 발견 되었으며이 장치를 사용하면 큰 출력을 제공 할 수 있습니다 한편, 정상 반도체 다이오드의 출력은 온도에 의해 결정된다 따라서, 스핀 분사 자화 반전에 필요한 전압이 실온에서 열 에너지에 해당하고 25mV보다 낮아지면, 스핀 토크 다이오드의 출력은 반도체 다이오드의 출력을 초과 할 수있다 현재, 스핀 주입 자화 반전에 필요한 전압은 약 1000mV이므로, 출력은 반도체 다이오드보다 열등하다 그러나 앞으로 스핀 주입 기술이 발전하면이 장치가 반도체를 능가 할 가능성이 높습니다 또한, 스핀 토크 다이오드는 소형화 및 제조 비용 측면에서 우수합니다
스핀 분사 자화 반전에 필요한 임계 전압을 낮추어 효율성을 높이기위한 것입니다 또한 발진기 요소를 추가로 개발함으로써 스피 트로 닉스의 마이크로파 적용을 확장 할 것이다