Miwa Shinji 조교수, 오사카 대학교, Ishibasha University, Ishibashi Shota (당시 : 2 학년 석사 과정), Suzuki Yoshishige 교수, 박사 연구 연구자 Tomita Hiroyuki, 특별히 임명 된 Tamura Eiichi, Ando Ken 교수 (2 학년 교수) 선진 산업 과학 기술 연구소Nanospintronics Research Center타카야키 노자키 (Nozaki Takayuki), 선임 연구원 사루 타니 테시 (현재 캐논 안르바), 쿠봇 히토시 (Kubota Hitoshi), 수석 연구원, 야쿠 시지 히로시 (Yakushiji Hiroshi, Imamura Yushi, 푸시 마 아키오, 부사장, 야사 신지 부통령, 세미 론 토터 |다이오드성능을 초과,나노 미터 크기의 자석을 사용하여 스핀 토크 다이오드를 성공적으로 개발했습니다
높은 감도, 작은 크기, 고속 튜닝, 저항 및 주파수 선택성과 같은 특성으로 인해 스핀 토크 다이오드는 통신 장비, IC 태그 및 차량 내 레이더와 같은 고주파 전자 장치에 적용될 수 있습니다 이러한 방식으로, 이미 단단한 바카라 꽁 머니 디스크 및 바카라 꽁 머니 랜덤 액세스 메모리 (MRAM)에 적용된 Spintronic 장치는 고주파 전자 장치 분야에서 응용 프로그램을 가속화 할 것으로 예상됩니다
휴대 전화 등에 널리 사용됩니다마이크로파에 대한 검출 방법으로 사용되고 있습니다 그러나 공로의 수치 인 반도체 다이오드의 민감도는 이미 이론적 한계에 이르기 때문에 성능을 향상시키기가 어렵습니다 스핀 토크 다이오드는 반도체와 완전히 다른 원리로 작동하는 다이오드이며 2005 년이 연구 그룹에서 제안했습니다 그러나 제안 당시의 공로 수치는 반도체의 것보다 낮았습니다 이번에는 연구 그룹이 비선형 효과라는 새로운 메커니즘을 통해 스핀 토크 다이오드의 성능을 크게 향상 시켰으며, 이는 실온에서 반도체 다이오드의 감도를 대략 3 배로 보여줍니다 또한, 우리는이 새로운 유형의 다이오드가 요소의 크기를 줄임으로써 또 다른 공로의 신호-노이즈 비율을 더욱 향상시킬 수 있음을 발견했습니다
이 연구는 과학 연구를위한 과학 보조금 홍보를위한 일본 협회의 보조금으로 수행되었습니다 (No 23226001) 이 결과는 2013 년 10 월 20 일 18:00 (영국 시간)에 출판 된 British Scientific Journal "
자연 재료"
바카라 꽁 머니 요소의 주요 특징은 자석의 N과 S 극이라고 불리는 바카라 꽁 머니 극을 사용하는 것입니다 이 연구 분야는 전자의 전하뿐만 아니라 스핀 (전자 자석의 특성)을 사용하기 때문에 스핀 트로 닉이라고하며 최근 몇 년 동안 새로운 전자 장치로 적극적으로 연구되어 왔습니다 예를 들어, 컴퓨터의 단단한 바카라 꽁 머니 디스크의 읽기 헤드에서 저항 값은 자석의 바카라 꽁 머니 극 방향에 따라 변합니다터널 바카라 꽁 머니 적 효과사용 중입니다
바카라 꽁 머니 정상 효과를 사용하는 읽기 헤드는 하드 바카라 꽁 머니 디스크의 밀도가 상당히 높아져 큰 데이터베이스를 검색하고 가정용 대용량 비디오 레코더를 실현하는 데 열쇠가됩니다 또 다른 예는 자석 기둥의 비 휘발성 특성을 사용하는 MRAM이며, 기존 반도체 RAM을 대체하기 위해 밀도를 높이기 위해 연구 개발이 진행 중입니다 따라서, 바카라 꽁 머니 요소는 사후 보조됩니다C-MOS 요소| 이제 예상됩니다 그러나 이러한 높은 기대에도 불구하고, 다이오드 및 트랜지스터와 같은 기존 반도체 장치를 초과하는 바카라 꽁 머니 요소는 아직 실현되지 않았습니다
2005 년 에이 연구 그룹은 바카라 꽁 머니 저항 효과를 발표하고바카라 꽁 머니 극의 스윙 운동를 사용하여 스핀 토크 다이오드 효과를 발견했습니다 이 새로운 다이오드는 기존의 반도체 다이오드와는 다른 원리를 가지며, 휴대폰 및 기타 응용 프로그램에서 널리 사용되는 마이크로파 감지 기능 (다이오드 효과)에서 반도체 다이오드를 능가 할 수 있습니다 그러나 발견 당시 공로의 수치는 반도체 다이오드 아래에있었습니다 (민감도 : 3,800 볼트/와트) (그림 1)
먼저, 그림 2는 반도체 다이오드 및 스핀 토크 다이오드 작동 방식을 보여줍니다 반도체 다이오드에서, 층의 두께는 우주 전하 층이라고 불리는 흐름이 어렵다 흐르는 전류의 방향에 따라 변화한다 따라서, 전류는 부정적인 방향보다 양의 방향으로 덜 흐릅니다 따라서 교대 전류가 통과되면 순 DC 전압이 생성됩니다 (다이오드 효과) 이 다이오드 효과는 마이크로파 감지를 허용합니다 반도체 다이오드의 성능은 작동 온도에 의해 고유하게 결정되므로 성능을 향상시키기가 어렵습니다
다음으로 스핀 토크 다이오드의 작동 방식을 설명합니다바카라 꽁 머니 터널 정션스핀 주입 효과바카라 꽁 머니 극을 반자당으로 만듭니다 따라서, 바카라 꽁 머니 저항 효과로 인해 요소 저항이 증가한다 따라서 반도체에서와 마찬가지로 전류는 양의 방향으로 흐릅니다 반대로, 음의 방향으로, 스핀 주입 효과로 인해 극 방향이 평행 해져서 저항이 감소하고 전류는 더 쉽게 흐릅니다 이런 식으로, 바카라 꽁 머니 터널 접합은 반도체와 마찬가지로 다이오드 효과를 갖습니다 이것을 스핀 토크 다이오드 효과라고하며 2005 년이 연구 그룹에서 발견되었습니다
다음으로, 새로운 스핀 토크 다이오드의 구조와 특성이도 3에 나와있다이 연구에서, 우리는 그림 3-1에 도시 된 바와 같이 2 개의 자석 (철분 합금, 코발트 철분 붕소 합금) 및 산화 마그네슘 층으로 구성된 바카라 꽁 머니 터널 접합 요소를 사용했다 스핀 토크 다이오드의 출력을 향상 시키려면 바카라 꽁 머니 극 스윙 운동의 스윙 너비를 증가시켜야합니다 이를 위해, (a) 원소 모양은 원형으로 설계되었고 (b) 산화 마그네슘 층을 철분 층의 상단에 놓았다
그림 3-2는 48 마이크로 앰퍼의 AC 전류가 통과 될 때 스핀 토크 다이오드의 감지 된 전압을 보여줍니다 수평 축은 입력 AC 전류의 주파수를 나타냅니다 이런 식으로, 우리는 반도체 다이오드의 검출 전압을 얻었습니다
그림 3-3은 DC 전류에 대한 감지 된 전압의 변화를 보여줍니다 우리는 이러한 방식으로 DC 전류를 적용함으로써 감지 된 전압이 상당히 증가 할 수 있음을 발견했다 우리는 또한 증가가 바카라 꽁 머니 극의 스윙 운동의 회전 축의 기울기 (비선형 효과)에 의해 설명 될 수 있음을 발견했다
일반적으로, 바카라 꽁 머니 터널 접합 요소의 소형화는 스핀 주입 효과를 증가시켜 신호 강도를 증가시킨다 그러나 원소의 소형화는 바카라 꽁 머니 극의 안정성을 감소시켜 노이즈를 증가시킵니다 이 연구 그룹은 비선형 효과의 메커니즘을 명확히하고 장치 소형화에 미치는 영향을 자세히 분석했습니다 결과적으로, 우리는 요소의 소형화가 노이즈 이상의 것을 허용한다는 것을 발견했습니다 따라서, 신호 대 잡음비의 반도체의 것보다 상당히 높은 스핀 토크 다이오드를 실현할 수 있음이 밝혀졌습니다
높은 감도, 소형, 고속 튜닝, 낮은 저항 및 주파수 선택성으로 인해 스핀 토크 다이오드는 통신 장치, IC 태그 및 차량 내 레이더에서 마이크로파 검출기로 사용될 것으로 예상됩니다 따라서, 고주파 전자 장치 분야에서 이미 하드 바카라 꽁 머니 디스크 및 MRAM에 적용된 Spintronic 장치의 적용을 가속화 할 것으로 예상됩니다