物性セミナー/2021-5-28

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アブストラクト

ペロブスカイト酸化物は、非常に多様な物理現象が潜んでおり、物性物理の基礎研究およびデバイス応用の観点において、大変興味深い材料系である。本セミナーでは、強磁性ペロブスカイト酸化物であるLaSrMnO3界面の特異な電子構造を利用した超低消費電力での磁化回転[1,2]およびSrTiO3酸化物界面で得られた高移動度2次元（2D）正孔ガス（2DHG）[3,4]など、我々が最近ペロブスカイト酸化物界面において発見した新しい機能性について紹介する。これらは将来の酸化物ベースのエレクトロニクスを支える重要な要素となりうることが期待される。現在、スピンを用いた電子デバイスにおいては、低消費電力での磁化制御方式の実現が大きな課題となっている。電界による磁化制御が実現できれば理想的であるが、電界では磁化スイッチングを引き起こせるほどの大きな磁気異方性変化を引き起こすことができず、電界のみによる完全な磁化スイッチングの実現は難しい。本研究では、La0.67Sr0.33MnO3（LSMO）/ SrTiO3（STO）/ LSMOで構成される磁気トンネル接合（MTJ）において、LSMO/STO界面の化学ポテンシャルがバイアス電圧印加により変化して、それにより、電子の軌道対称性が変わることを用いて、電圧印加によって界面の電子を異なるバンド間（eg ↔ t2g）で遷移させることによりLSMOの磁気移動性が大きく変化することを明らかにした[1]。この現象により、0.05 V/nmの非常に小さな電界を印加するだけで、LSMOの磁化を外部磁場を使わずに90度スイッチングすることに成功した[2]。次に、SrTiO3（001）基板上に、nm以下の極薄のFe層（厚さ≤0.2nm）を堆積することによって得られたFeOy/STO界面における2 Kで24,000 cm2/Vsにおよぶ超高移動度の2DHGについて紹介する。この移動度の値は、酸化物材料においてこれまでに報告された中で最高の正孔移動度である[3]。また、最近、同じ手法を用いてSrTiO3基板上にNPN接合を作製し、新しいトンネル電界効果トランジスタ(TFET)の実現に成功したので、併せて紹介したい [4]。

[1] L. D. Anh et al., Sci. Rep. 7, 8715 (2017).

[2] L. D. Anh et al., Phys. Rev. Applied 12, 041001 (2019).

[3] L. D. Anh et al., Adv. Mater. 32, 1906003 (2020).

[4] L. D. Anh et al., https://doi.org/10.21203/rs.3.rs-434231/v1 (2021, preprint).