Investigation on Interface Engineering of Quasi - Magnetic Tunnel Junctions

Abstract

Studying the fundamental properties of spintronic devices has generated broad interest among researchers. The basic principle of spintronic devices, spin polarized tunneling(SPT) is very sensitive to the interfacial effect. Spin transport properties are dominantly determined by electron density of states (DOS) at the electrode-barrier interfaces. We studied the effect of interfacial properties on SPT in Cu/Al₂O₃/Co quasi-magnetic tunnel junctions(MTJs) with an interfacial ultra thin ferromagnetic(FM) Co layer designed to form nano and subnano clusters at the Cu/Al₂O₃ interface. These Co clusters interposed between non-magnetic(NM) Cu electrode and barrier amended electron DOS of NM Cu electrode. The systematic investigation on the evolution of ferromagnetism in NM Cu electrode was carried-out with increasing thickness of interfacial Co layer. Our results clearly showed the evidence on the interface sensitivity of tunneling by the use of ultra thin Co layers at Cu /Al₂O₃ interface, aimed to strongly modify the interfacial DOS. Furthermore, we deduced that Cu electrode was slightly spin polarized by Co inserted dusting. Recently the materials used in MTJs are extending from inorganic materials up to organic materials as tunnel barriers which have long spin diffusion lengths leading to spin conserved transport. In this point, investigation on SPT using this highly desired organic material was performed. In the quasi-MTJ such as NM/barrier/FM, hybrid tunnel barrier combining with organic semiconductor(OSC) and spin filter material(SF) at the NM/FM interface was used. We engineered the interface putting the hybrid tunnel barrier proposed to present the spin filter effect adjacent to OSC. We successfully observed spin filter effect through OSC, rubrene with hybrid tunnel barrier in a quasi-MTJ Co/rubrene/EuO/Al or Cu, realizing the possibility to inject spins into OSC via EuO, SF material.;스핀트로닉소자의 기본적 특성 연구는 많은 연구자들에 의해 수행되어 왔다. 스핀트로닉소자의 기본 원리인 정렬된 스핀 터널링 현상은 계면효과에 매우 민감하다. 스핀 수송 특성은 전극과 터널 장벽 계면에서의 전자상태밀도(electron density of states)에 의해 주로 결정된다. 본 연구에서는 Cu/Al₂O₃ 계면에 나노 혹은 나노 이하의 클러스터를 형성하기 위해 제안된 얇은 강자성 Co 층이 삽입된 Cu/Al₂O₃/Co quasi-자성 터널 접합 소자에서의 계면 효과에 대한 연구가 수행되었다. 비자성체인 Cu전극과 산화 알류미늄 장벽사이에 삽입된 이 Co 클러스터는 비자성체인 Cu의 전자상태밀도를 변화시켰다. 얇은 Co 층의 두께증가를 통해서 비자성체인 Cu 전극에 강자성체의 전개에 대한 체계적 조사가 수행되었다. 연구결과는 계면에서의 전자상태밀도를 변화시키기 위한 Cu/Al₂O₃ 계면에 얇은 Co층을 삽입함으로써 전자 터널링에 있어서의 계면효과의 민감함을 명백히 보여준다. 더 나아가 이 연구 결과는 Cu전극이 삽입된 얇은 Co층에 의해 스핀 정렬화됨을 보여준다. 최근 들어 자성 터널 접합에서 사용되는 물질로 무기물에서 긴 스핀 수송 길이를 가져 스핀 수송 보존을 이끄는 유기물로 사용범위가 넓어지고 있다. 이런 흐름에 맞추어, 유기물을 사용한 스핀정렬 터널링에 대한 연구가 수행되었다. 비자성체/터널장벽/강자성체와 같은 quasi-자성 터널 접합에서 유기물과 스핀 필터물질이 결합된 하이브리드 터널 장벽이 비자성체와 강자성체 계면에 사용되었다. 스핀 필터 물질에 유기물을 결합시킨 하이브리드 장벽을 사용하여 비자성체와 자성체 사이의 계면을 조작하였다. 본 연구결과는 하이브리드 장벽을 사용하여 스핀필터 물질, EuO를 통한 유기물로의 스핀 주입에 대한 가능성을 재현하며 유기물, rubrene을 통한 스핀 필터 효과를 성공적으로 보여준다.