| Project/Area Number |
20H05650
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Broad Section C
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
田中 雅明 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (30192636)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大矢 忍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20401143)
PHAM NAM・HAI 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50571717)
Le DucAnh 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50783594)
吉田 博 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (30133929)
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| Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥197,340,000 (Direct Cost: ¥151,800,000、Indirect Cost: ¥45,540,000)
Fiscal Year 2024: ¥30,160,000 (Direct Cost: ¥23,200,000、Indirect Cost: ¥6,960,000)
Fiscal Year 2023: ¥35,880,000 (Direct Cost: ¥27,600,000、Indirect Cost: ¥8,280,000)
Fiscal Year 2022: ¥36,920,000 (Direct Cost: ¥28,400,000、Indirect Cost: ¥8,520,000)
Fiscal Year 2021: ¥45,110,000 (Direct Cost: ¥34,700,000、Indirect Cost: ¥10,410,000)
Fiscal Year 2020: ¥49,270,000 (Direct Cost: ¥37,900,000、Indirect Cost: ¥11,370,000)
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| Keywords | 強磁性半導体 / スピン / ヘテロ構造 / バンド構造 / デバイス / 狭ギャップ半導体 / 電界効果磁化制御 / スピン軌道トルク / スピントロニクス / 低消費電力デバイス / 垂直磁化 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究ではこれまでの強磁性半導体の問題点をすべて解決する：すなわち、1)p型とn型の強磁性半導体を両方実現、2)キュリー温度TCを室温より上げ、室温で強磁性を示す半導体を実現し、物性機能を最適化、高度化、3)強磁性の起源に関する統一的な理解と物質設計指針の確立、さらに 4)不揮発性と柔軟な情報処理機能を持つスピントランジスタ、スピン依存バンド構造を用いた量子効果デバイス、トポロジカル状態を用いた機能デバイスなど、低消費電力で動作しかつ革新的な高機能デバイスの実現、を目指す。強磁性半導体を中心とする材料開発（"強磁性半導体のルネサンス"）によって、将来の情報処理に適したデバイスの基盤技術を創る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
これまで実績があるMn添加強磁性半導体に加えて、従来作製することが不可能であった室温以上のキュリー温度（Tc）をもつ新しいｐ型強磁性半導体（(Ga,Fe)Sb）、ｎ型強磁性半導体（(In,Fe)Sb）およびそれらを含むヘテロ構造・ナノ構造の分子線エピタキシー(MBE)成長に成功し、その基本物性や明らかにしてデバイス機能を示した。
・InAs半導体単結晶中にFe-As正四面体結合を1原子層の厚さの平面内に閉じ込める添加方法を実現し、閃亜鉛鉱型結晶構造を保ちつつすべてのFe原子を中心位置から1.5原子層以内に局所的に分布させることに成功した。この成長技術により、FeAs原子層をInAs結晶中に等間隔に埋め込んだ単結晶FeAs/InAs超格子構造の作製に成功した。超格子構造全体の強磁性秩序が強く、すべてのFe原子が最大に近い5μB (μB :ボーア磁子)の磁気モーメントを持つこと、電気抵抗が外部磁場によって500％変化する巨大磁気抵抗効果を観測、さらに電界効果トランジスタデバイスを作製し、ゲート電界の印加によって巨大磁気抵抗効果を変調できることを示した。本研究により作製した超格子構造は、新規機能材料としてスピン自由度を用いた電子デバイスに応用できる可能性がある。
・世界最高品質の単結晶ダイヤモンド型結晶構造をもつα-Sn薄膜をIII-V族半導体InSb上にMBE成長することに成功した。量子輸送測定と解析により、α-Snがトポロジカル・ディラック半金属であること、膜厚を薄くすると２次元トポロジカル絶縁体（および通常の絶縁体）になるなど、多様なトポロジカル相を持つことを示した。α-Sn薄膜は、材料物性の制御性、主要な半導体との整合性、環境にやさしい単元素構造を持つことから、トポロジカル物性機能の開拓と将来の量子情報デバイスのための新しいプラットフォームとして有望な量子物質である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
従来作製することが不可能であった室温以上のキュリー温度（Tc）をもつ新しいｐ型強磁性半導体（(Ga,Fe)Sb）、ｎ型強磁性半導体（(In,Fe)Sb）およびそれらを含むヘテロ構造・ナノ構造の成長に成功し、その新しい物性機能を示した。さらに、当初計画外の成果として、世界最高品質の単結晶ダイヤモンド型結晶構造をもつα-Sn薄膜をIII-V族半導体InSb上にエピタキシャル成長することに成功した。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、強磁性半導体を用いたヘテロ構造、ナノ構造の成長、物性機能、デバイス応用の開拓研究を進める。
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| Assessment Rating |
Interim Assessment Comments (Rating)
A: In light of the aim of introducing the research area into the research categories, the expected progress has been made in research.
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