[論文レビュー] What is the Physical Explanation for the Very Large Ballistic Magnetoresitance Observed in Electrodeposited Nanocontacts?

N. Garcı́a|arXiv (Cornell University)|Jul 12, 2002

Magnetic properties of thin films被引用数 3

ひとこと要約

本論文では、ニッケル-ニッケルナノ接触における電気析出過程で形成されるサブ1nmの非磁性だがスピン透過性を示す「死んだ磁性層」が、実験的に観測された極めて大きなバルスン磁気抵抗（最大3000％）を説明すると提案している。この層は電子スピン偏極を維持するとともに、フェルミ準拠におけるスピン偏極を強化し、ドメイン壁散乱や量子化効果に依存せずに極端な磁気抵抗を実現する。

ABSTRACT

Recent experiments in approximately 10nm size electrodeposited Ni-Ni nanocontacts have shown ballistic magnetoresitance values of 700% stable during a week (Garcia et al Appl. Phys. Lett. 79, 4550(2001) and very recently up to 3000% (Chopra and Hua, Phys. Rev. B 66,020403-1 (2002)). These values can provide very interesting magnetoelectronic devices integrated in the terabyte/square inch. Scattering in thin domain wall of the Ni-Ni nanocontacts, or quantized effects phenomena do not explain these values. An explanation is presented that requires the existence of a very thin, less than 1nm, dead magnetic layer grown during the electrodeposition process that is transparent to the electrons and has two roles: one, is to conserve spin in the electron conduction and the other, is to change and increase the polarization at Fermi level in the Ni.

研究の動機と目的

• 電気析出法で作製されたニッケル-ニッケルナノ接触における、極めて大きなバルスン磁気抵抗（最大3000％）の起源を解明すること。
• 従来の説明（薄いドメイン壁における散乱や量子化効果など）と観測された磁気抵抗値との乖離を解消すること。
• ナノスケール接触において極端なスピン偏極と電子スピン保存を可能にする物理的メカニズムを同定すること。
• サブ1nmの非磁性だがスピン保存性を示す界面層が、磁気抵抗を向上させるという、新しい役割を提案すること。

提案手法

• 電気析出過程で形成されるサブ1nmの非磁性だがスピン透過性を示す「死んだ磁性層」の存在を提案する。
• この層がナノ接触界面を通過する際の電子スピン偏極を維持するとモデル化する。
• 界面層がニッケルにおけるフェルミ準拠におけるスピン偏極に与える影響を分析する。
• 電子輸送およびスピン依存散乱に基づく理論的議論を用いて、従来の散乱メカニズムが存在しないことを説明する。
• 標準的なモデルからの予測値と観測された磁気抵抗値を比較し、ドメイン壁や量子化効果による説明を除外する。
• 層の透過性とスピン保存性が、長期間にわたり高い磁気抵抗を維持するために不可欠であると主張する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ニッケル-ニッケルナノ接触において、バルスン磁気抵抗が最大3000％に達する物理的メカニズムは何か？
• RQ2 なぜ従来の説明（ドメイン壁散乱や量子化効果など）では、観測された磁気抵抗を説明できないのか？
• RQ3 サブ1nmの界面層において、フェルミ準拠における電子スピン偏極がどのように保存され、強化されるのか？
• RQ4 電気析出プロセスが、スピン保存性を示す非磁性界面層を形成する上で果たす役割は何か？
• RQ5 この界面層の存在が、700％を超える安定した長期的磁気抵抗をどのように実現するのか？

主な発見

• 最大3000％の観測磁気抵抗は、薄いドメイン壁における散乱や量子化輸送効果では説明できない。
• 電気析出過程で形成されるサブ1nmの「死んだ磁性層」が、極端な磁気抵抗の主な物理的起源であると提案される。
• この界面層はスピン透過性を示し、導電過程で電子スピン偏極を維持する。
• この層はニッケルにおけるフェルミ準拠におけるスピン偏極を強化し、高磁気抵抗に直接寄与する。
• このメカニズムは時間経過にかかわらず安定しており、1週間にわたって700％の磁気抵抗が維持される実験的観測と整合する。
• 本モデルは、このような接触素子を1平方インチあたりテラバイトレベルの磁気エレクトロニクスデバイスに統合可能な妥当な説明を提供する。