[发明专利]自旋注入电极的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及自旋注入电极的制造方法。更具体而言，本发明涉及对石墨烯注入自旋的自旋注入电极的制造方法。

背景技术

由碳（C）构成的物质的结构，钻石自不待言，从片、纳米管和角（horn）以至C60富勒烯那样的球，非常多样。并且其物性比其形状更加丰富。这样丰富的物性的变化推进着涉及该物质的应用的积极的研究开发。该物质中，单层或几层碳片薄膜被称为石墨烯。石墨烯是在2004年实现其分离提取的物质，作为二维类半金属的特异的物性逐渐被研究清楚（Science,vol.306,pp.666-669（2004））。例如，石墨烯显示硅（Si）的10倍以上的高电子迁移率。因此，通过使用石墨烯，能够实现高速且低消耗的电子器件（日本特开2009-182173号公报）。石墨烯在使用自旋作为载体的情况下作为自旋散射的主要原因的自旋轨道相互作用极小。因此，作为自旋器件的石墨烯的有效利用受到期待（Advanced Functional Materials,vol.19,pp.3711-3716（2009））。

在注向石墨烯的自旋注入中，使用铁磁性体（强磁性体）作为电极。所含的向上自旋的数量与向下自旋的数量上存在差，所以铁磁性体极化。因此，在被注入到石墨烯的自旋中也反映该差，能够将石墨烯作为自旋器件利用。作为自旋器件使用的石墨烯既可以为单层的石墨烯也可以为具有2个以上的层的多层石墨烯。

为了作为自旋器件发挥充分的性能，需要对于石墨烯的高效率的自旋注入。自旋注入的效率P_N以式P_N=P_F/[1+（1-P_F²）·（R_N/）]表示（应用物理，vol.77,pp.255-263（2008））。该式中的P_F是铁磁性体的自旋极化率，R_F是铁磁性体的电阻，R_N是非磁性体的电阻。根据该式，在与铁磁性体相比非磁性体的电阻非常大的情况下，即R_N＞＞R_F的情况下，P_N＜＜P_F，自旋极化在两者的界面显著减少。因此，不能将自旋充分地注入非磁性体。在非磁性体为石墨烯的情况下也相同，作为自旋电极的铁磁性体与石墨烯之间的界面电阻的匹配的确保对于用于对石墨烯的良好的自旋注入很重要。但是，现在，从铁磁性体注向石墨烯的自旋注入效率极小（表面科学，vol.31,pp.162-168（2010））。

为了实现对石墨烯的高效率的自旋注入，考虑使用：（1）铁磁性体与石墨烯之间的界面电阻的不匹配的消除；和（2）呈现高的自旋极化率P_F的铁磁性体的方针。作为（1）的方针，在应用物理，vol.77,pp.255-263（2008）中公开有在铁磁性体与石墨烯之间设置隧道势垒（隧道结）那样的势垒层（阻挡层）的方法。在Nature,vol.448,pp.571-575（2007）中公开有将氧化铝作为势垒层使用的例子，在Physical Review B,vol.77,020402（R）（2008）中公开有将氧化镁作为势垒层使用的例子。这些势垒层在将铁磁性体沉积在石墨烯之前预先形成在石墨烯上。在这些文献中，经过在石墨烯上预先形成势垒层，在所形成的势垒层上沉积铁磁性体的两个工序，构筑能够从铁磁性体向石墨烯注入自旋的元件结构。但是，在Nature,vol.448,pp.571-575（2007）中公开的例子中，元件电阻大，未实现界面电阻与自旋注入的良好的关系。因此，该例子的自旋注入效率在室温为0.1，是小的。在Physical Review B,vol.77,020402（R）（2008）中公开的例子中，未实现室温的自旋注入自身。另一方面，作为呈现高的自旋极化率P_F的铁磁性体，根据能带计算进行的判断，霍伊斯勒（Heusler）合金（锰铝铜强磁性合金）、CrO₂和作为铁氧化物的Fe₃O₄（Journal of the Physical Society of Japan,vol.68,pp.1607-1613（1999））。这些铁磁性体在能带计算上显示完全自旋极化。这些铁磁性体为了达到高的自旋极化率而需要为晶体。而且，这些晶体不与具有六圆环的二维平面结构的石墨烯晶格匹配。因此，使用这些铁磁性体的自旋注入电极至今未被报告。需要能够实现对于石墨烯的高效率的自旋注入的方法。

现有技术文献