Progress toward electrical injection of spin-polarized electrons into semiconductors

Proceedings of the IEEE

Volumn 91, Issue 5, 2003, Pages 727-740

  Jonker, B T ^a,b  

^a NAVAL RESEARCH LABORATORY   (United States)

^b AVS Science and Technology Society   (United States)

Author keywords

Electroluminescence (EL); Ferromagnetic; Giant magnetoresistance (GMR); Magnetic semiconductor; Magnetoelectronics; Quantum selection rules; Rowell criteria; Schottky barrier; Spin injection; Spin polarization; Spin LED; Spintronics

Indexed keywords

ELECTROLUMINESCENCE; FERROMAGNETIC MATERIALS; GIANT MAGNETORESISTANCE; HETEROJUNCTIONS; LIGHT EMITTING DIODES; MAGNETIC SEMICONDUCTORS; MAGNETOELECTRIC EFFECTS; SCHOTTKY BARRIER DIODES; SEMICONDUCTOR DEVICES;

FERROMAGNETIC; MAGNETOELECTRONICS; QUANTUM SELECTION RULES; ROWELL CRITERIA; SCHOTTKY BARRIER; SPIN INJECTION; SPIN POLARIZATION; SPIN-LED; SPINTRONICS;

QUANTUM ELECTRONICS;

EID: 33646777769     PISSN: 00189219     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1109/JPROC.2003.811802     Document Type: Article

References (111)

1. H. S. P. Wong, D. J. Frank, P. M. Solomon, C. H. J. Wann, and J. J. Welser, Proc. IEEE, vol. 87, p. 537, 1999.
2. M. N. Baibich, J. M. Broto, A. Fert, F. Nguyen van Dau, F. Petroff, P. Etienne, G. Creuzet, A. Friederich, and J. Chazelas, Phys. Rev. Lett., vol. 61, p. 2472, 1988.
3. G. Binasch, P. Grunberg, F. Saurenbach, and W. Zinn, Phys. Rev. B, vol. 39, p. 4828, 1989.
4. J. Daughton, J. Magn. Magn. Materials, vol. 192, p. 334, 1999.
5. J. S. Moodera, L. R. Kinder, T. M. Wong, and R. Meservey, Phys. Rev. Lett., vol. 74, p. 3273, 1995.
6. W. J. Gallagher, S. S. P. Parkin, Y. Lu, X. P. Bian, A. Marley, K. P. Roche, R. A. Altman, S. A. Rishton, C. Jahnes, T. M. Shaw, and G. Xiao, J. Appl. Phys., vol. 81, p. 3741, 1997.
7. J. M. Daughton, J. Appl. Phys., vol. 81, p. 3758, 1997.
8. Motorola aims to sample 4-Mbit MRAM in 2003, P. Clark, in EE Tunes, Feb. 9, 2001.
9. Motorola sets major milestone with 1 Mbit mram universal memory chip with copper interconnects, in Motorola Press Release (PR Newswire-First Call), June 10, 2002.
10. S. Datta and B. Das, Appl. Phys. Lett., vol. 56, p. 665, 1990.
11. G. A. Prinz, Science, vol. 282, p. 1660, 1998.
12. S. A. Wolf et al., Science, vol. 294, p. 1488, 2001.
13. I. Zutic, J. Fabian, and S. Das Sarma, Phys. Rev. B, vol. 64, p. 121201, 2001.
14. M. E. Hatte and G. Vignale, Appl. Phys. Lett., vol. 78, pp. 1273-75, 2001.
15. B. T. Jonker, U.S. patent 5 874 749.
16. R. Fiederling, M. Kelm, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt, A. Waag, and L. W. Molenkamp, Nature, vol. 402, p. 787, Dec. 16, 1999.
17. Y. Ohno, D. K. Young, B. Beschoten, F. Matsukura, H. Ohno, and D. D. Awschalom, Nature, vol. 402, p. 790, 1999.
18. B. T. Jonker, Y. D. Park, B. R. Bennett, H. D. Cheong, G. Kioseoglou, and A. Petrou, Phys. Rev. B, vol. 62, p. 8180, 2000.
19. P. Bruno and J. Wunderlich, J. Appl. Phys., vol. 84, p. 978, 1998.
20. H. Ohno, N. Akiba, F. Matsukura, A. Shen, K. Ohtani, and Y. Ohno, Appl. Phys. Lett., vol. 73, p. 363, 1998.
21. E. A. de Andrada e Silva and G. C. La Rocca, Phys. Rev. B, vol. 59, p. R15583, 1999.
22. T. Hayashi, M. Tanaka, and A. Asamitsu, J. Appl. Phys., vol. 87, p. 4673, 2000.
23. Th. Gruber, M. Keim, R. Fiederling, G. Reuscher, W. Ossau, G. Schmidt, L. W. Molenkamp, and A. Waag, Appl. Phys. Lett., vol. 78, p. 1101, 2001.
24. T. Koga, J. Nitta, H. Takayanagi, and S. Datta, Phys. Rev. Lett., vol. 88, p. 126601, 2002.
25. A. F. Morpurgo, J. P. Heida, T. M. Klapwijk, B. J. van Wees, and G. Borghs, Phys. Rev. Lett., vol. 80, p. 1050, 1998.
26. J. Nitta, F. Meijer, Y. Narita, and H. Takayanagi, Phyica E, vol. 6, p. 318, 2000.
27. F. Meier and B. P. Zakharchenya, Optical Orientation. Amsterdam, The Netherlands: North-Holland, 1984, vol. 8.
28. D. Hagele, M. Oestreich, W. W. Ruhle, N. Nestle, and K. Eberl, Appl. Phys. Lett., vol. 73, p. 1580, 1998.
29. J. M. Kikkawa and D. D. Awschalom, Phys. Rev. Lett., vol. 80, p. 4313, 1998.
30. _, Nature, vol. 397, p. 139, 1999.
31. Y. Q. Jia, R. C. Shi, and S. Y. Chou, IEEE Trans. Magn., vol. 32, p. 4707, 1996.
32. A. Hirohata, Y. B. Xu, C. M. Guertler, J. A. C. Bland, and S. N. Holmes, Phys. Rev. B, vol. 63, p. 104425, 2001.
33. J. E. Hirsch, Phys. Rev. Lett., vol. 83, p. 1834, 1999.
34. S. Zhang, Phys. Rev. Lett., vol. 85, p. 393, 2000.
35. S.F. Alvarado and P. Renaud, Phys. Rev. Lett., vol. 68, p. 1387, 1992.
36. V. P. Labella, D. W. Bullock, Z. Ding, C. Emery, A. Venkatesan, W. F. Oliver, G. J. Salamo, and P. M. Thibado, Science, vol. 292, p. 1518, 2001.
37. W. F. Egelhoff, M. D. Stiles, D. P. Pappas, D. T. Pierce, J. M. Byers, B. T. Jonker, S. F. Alvarado, J. F. Gregg, J. A. C. Bland, and R. A. Buhrman, Science, vol. 296, p. 1195a, 2002.
38. P. R. Hammar, B. R. Bennett, M. J. Yang, and M. Johnson, Phys. Rev. Lett., vol. 83, p. 203, 1999.
39. C.-M. Hu, J. Nitta, A. Jensen, J. B. Hansen, and H. Takayanagi, Phys. Rev. B, vol. 63, p. 125333, 2001.
40. S. Gardelis, C. G. Smith, C. H. W. Barnes, E. H. Linfield, and D. A. Ritchie, Phys. Rev. B, vol. 60, p. 7764, 1999.
41. F. G. Monzon, H. X. Tang, and M. L. Roukes, Phys. Rev. Lett., vol. 84, p. 5022, 2000.
42. B. J. van Wees, Phys. Rev. Lett., vol. 84, p. 5023, 2000.
43. A. T. Filip, B. H. Hoving, F. J. Jedema, B. J. van Wees, B. Dutta, and S. Borghs, Phys. Rev. B, vol. 62, p. 9996, 2000.
44. C. Weisbuch and B. Vinter, Quantum Semiconductor Structures. New York: Academic Press, 1991, ch. 11.
45. G. Bastard, Wave Mechanics Applied to Semiconductor Heterostructures. New York: Halsted, 1988, p. 109.
46. B. T. Jonker, A. T. Hanbicki, Y. D. Park, G. Itskos, M. Funs, G. Kioseoglou, and A. Petrou, Appl. Phys. Lett., vol. 79, p. 3098, 2001.
47. C. Haas, CRC Critical Rev. Solid State Sci., vol. 1, p. 47, 1970.
48. E. L. Nagaev, Phys. Stat. Solid B, vol. 145, p. 11, 1988.
49. L. Esaki, P. J. Stiles, and S. von Molnar, Phys. Rev. Lett., vol. 19, p. 852, 1967.
50. J. S. Moodera, X. Hao, G. A. Gibson, and R. Meservey, Phys. Rev. Lett.,vol. 61, p. 637, 1988.
51. J. S. Moodera, R. Meservey, and X. Hao, Phys. Rev. Lett., vol. 70, p. 853, 1993.
52. Y. D. Park, A. T. Hanbicki, J. E. Mattson, and B. T. Jonker, Appl. Phys. Lett., vol. 81, p. 1471, 2002.
53. H. Munekata et al., Phys. Rev. Lett., vol. 63, p. 1849, 1989.
54. J. De Boeck et al., Appl. Phys. Lett., vol. 68, p. 2744, 1996.
55. H. Ohno et al., Appl. Phys. Lett., vol. 69, p. 363, 1996.
56. _, Science, vol. 281, p. 951, 1998.
57. T. Dietl, H. Ohno, F. Matsukura, J. Cibert, and D. Ferrand, Science, vol. 287, p. 1019, 2000.
58. T. Dietl, H. Ohno, and F. Matsukura, Phys. Rev. B, vol. 63, p. 195 205, 2001.
59. Y. Ohno et al., Nature, vol. 402, p. 790, 1999.
60. H. Ohno et al., Nature, vol. 408, p. 944, 2000.
61. Y. D. Park, A. T. Hanbicki, S. C. Erwin, C. S. Hellberg, J. M. Sullivan, J. E. Mattson, T. F. Ambrose, A. Wilson, G. Spanos, and B. T. Jonker, Science, vol. 295, p. 651, 2002.
62. M. Oestreich, Nature, vol. 402, p. 735, 1999.
63. J. K. Furdyna and J. Kossut, Diluted Magnetic Semiconductors, R. K. Willardson and A. C. Beer, Eds. New York: Academic, 1988, vol. 25, Semiconductors and Semimetals.
64. M. Jain, Diluted Magnetic Semiconductors, Singapore: World Scientific, 1991.
65. W. C. Chou, A. Petrou, J. Warnock, and B. T. Jonker, Phys. Rev. Lett., vol. 67, p. 3820, 1991.
66. N. Dai et al., Phys. Rev. Lett., vol. 67, p. 3824, 1991.
67. M. Oestreich, J. Hubner, D. Hagele, P. J. Klar, W. Heimbrodt, W. W. Ruhle, D. E. Ashenford, and B. Lunn, Appl. Phys. Lett., vol. 74, p. 1251, 1999.
68. A. F. Isakovic, D. M. Carr, J. Strand, B. D. Schultz, C. J. Palmstrom, and P. A. Crowell, Phys. Rev. B, vol. 64, p. 161 305, 2001.
69. H. Abad, B. T. Jonker, W. Y. Yu, S. Stolz, and A. Petrou, Appl. Phys. Lett., vol. 66, p. 2412, 1995.
70. I. Smorchkova and N. Samarth, Appl. Phys. Lett., vol. 69, p. 1640, 1996.
71. C. C. Chu et al., Appl. Phys. Lett., vol. 69, p. 602, 1996.
72. L. H. Kuo et al., Appl. Phys. Lett., vol. 67, p. 3298, 1995.
73. L. H. Kuo et al., J. Vac. Sci. Technol., vol. 13, p. 1694, 1995.
74. R. Nicolini et al., Phys. Rev. Lett., vol. 72, p. 294, 1994.
75. Y. D. Park, B. T. Jonker, B. R. Bennett, G. Itskos, M. Furis, G. Kioseoglou, and A. Petrou, Appl. Phys. Lett., vol. 77, p. 3989, 2000.
76. R. M. Stroud, A. T. Hanbicki, Y. D. Park, G. Kioseoglou, A. G. Petukhov, B. T. Jonker, G. Itskos, and A. Petrou, Phys. Rev. Lett., vol. 89, p. 166 602, 2002.
77. G. Schmidt, D. Ferrand, L. W. Molenkamp, A. T. Filip, and B. J. van Wees, Phys. Rev. B, vol. 62, p. R4790, 2000.
78. D. L. Smith and R. N. Silver, Phys. Rev. B, vol. 64, p. 045 323, 2001.
79. A. Pert and H. Jaffres, Phys. Rev. B, vol. 64, p. 184420, 2001.
80. P. C. van Son, H. van Kempen, and P. Wyder, Phys. Rev. Lett., vol. 58, p. 2271, 1987.
81. T. Valet and A. Fert, Phys. Rev. B, vol. 48, p. 7099, 1993.
82. E. I. Rashba, Phys. Rev. B, vol. 62, p. R16267, 2000.
83. E. H. Rhoderick and R. H. Williams, Metal-Semiconductor Contacts, 2nd ed. Oxford: Clarendon, 1988.
84. M. Ilegems, The Technology and Physics of Molecular Beam Epitaxy, E. H. C. Parker, Ed. New York: Plenum, 1985, p. 119.
85. A. T. Hanbicki, B. T. Jonker, G. Itskos, G. Kioseoglou, and A. Petrou, Appl. Phys. Lett., vol. 80, p. 1240, 2002.
86. H. J. Zhu, M. Ramsteiner, H. Kostial, M. Wassermeier, H.-P. Schönherr, and K. H. Ploog, Phys. Rev. Lett., vol. 87, p. 016601, 2001.
87. R. Meservey and P. M. Tedrow, Phys. Rep., vol. 238, pp. 173-234, 1999.
88. C. Kittel, Introduction to Solid Stale Physics, 5th ed. New York: Wiley, 1976, pp. 438-439.
89. N. W. Ashcroft and N. D. Mermin, Solid State Physics. New York: Holt, Rinehart, Winston, 1976, p. 654, 661.
90. M. B. Stearns, J. Magn. Magn. Mater, vol. 5, pp. 167-171, 1977.
91. J. M. De Teresa, A. Barthelemy, A. Fert, J. P. Contour, F. Montaigne, and P. Seneor, Science, vol. 286, p. 507, 1999.
92. J. J. Krebs and G. A. Prinz, Naval Research Lab, Washington, NRL Memo Rep. 3870, 1978.
93. E. Bumstein and S. Lundqvist, Eds., Tunneling Phenomena in Solids. New York: Plenum, 1969.
94. J. G. Simmons, J. App. Phys., vol. 34, p. 1793, 1963.
95. W. F. Brinkman, R. C. Dynes, and J. M. Rowell, J. App. Phys., vol. 41, p. 1915, 1970.
96. B. J. Jonsson-Akerman, R. Escudero, C. Leighton, S. Kim, I. K.: Schuller, and D. A. Rabson, Appl. Phys. Lett., vol. 77, p. 170, 2000.
97. U. Rudiger, R. Calarco, U. May, K. Samm, J. Hauch, H. Kittur, M. Sperlich, and G. Guntherodt, Appl. Phys. Lett., vol. 89, p. 7573, 2001.
98. S. Adachi, T. Miyashita, S. Takeyama, Y. Takagi, and A. Tackeuchi, J. Lumin., vol. 72, p. 307, 1997.
99. E. Kneedler, P. M. Thibado, B. T. Jonker, B. R. Bennett, B. V. Shanabrook, R. J. Wagner, and L. J. Whitman, J. Vac. Sci. Technol., vol. B14, p. 3193, 1996.
100. E. M. Kneedler and B. T. Jonker, J. Appl. Phys., vol. 81, p. 4463, 1997.
101. E. M. Kneedler, B. T. Jonker, P. M. Thibado, R. J. Wagner, B. V. Shanabrook, and L. J. Whitman, Phys. Rev. B, vol. 56, p. 8163, 1997.
102. P. M. Thibado, E. Kneedler, B. T. Jonker, B. R. Bennett, B. V. Shanabrook, and L. J. Whitman, Phys. Rev. B, vol. 53, p. 10481, 1996.
103. B. T. Jonker, O. J. Glembocki, R. T. Holm, and R. J. Wagner, Phys. Rev. Lett., vol. 79, p. 4886, 1997.
104. C. S. Gworek, P. Phatak, B. T. Jonker, E. R. Weber, and N. Newman, Phys. Rev. B. vol. 64, p. 045 322, 2001.
105. N. Motsnyi et al., Appl. Phys. Lett., vol. 81, p. 265, 2002.
106. M. I. D'yakonov, V. I. Perel', V. L. Berkovits, and V. I. Safarov, Sov. Phys. JETP, vol. 40, p. 950, 1975.
107. R. J. Soulen et al. Science, vol. 282, p. 85, 1998.
108. J. D. Albrecht and D. L. Smith, Phys. Rev. B, vol. 66, p. 113303, 2002.
109. A. Fert and H. Jaffrès, Phys. Rev. B, vol. 64, p. 184420, 2001.
110. E. I. Rashba, Appl. Phys. Lett., vol. 80, p. 2329, 2002.
111. G. Schmidt and L. W. Molenkamp, Semicond. Sci. Technol., vol. 17, p. 310, 2002.