2004 Fiscal Year Annual Research Report
光-スピントロニクスデバイス及びナノスピンプローブのデザイン
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14076214
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
白井 正文 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉田 博 大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (30133929)
三浦 良雄 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (10361198)
長尾 和多加 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (00361197)
佐藤 和則 大阪大学, 産業科学研究所, 助手 (60379097)
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| Keywords | スピントロニクス / マテリアルデザイン / 第一原理計算 / 希薄磁性半導体 / 強磁性転移温度 / ハーフメタル / スピン注入 / ヘテロ接合界面 |
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| Research Abstract |
希薄磁性半導体の遷移金属スピン間にはたらく磁気相互作用の原子間距離依存性を第一原理計算し、その強磁性転移温度をモンテカルロ法により精度よく評価した。その結果、光-スピントロニクスデバイスへの応用が期待されるGaNなどのワイドギャップ半導体では、ドープされた遷移金属スピン間にはたらく磁気相互作用が比較的短距離であるため、室温での強磁性発現は困難であることを明らかにした。この結果は、室温強磁性半導体実現のための従来の材料設計指針の再検討が必要であることを意味する。また、シリコンに遷移金属をドープすると、遷移金属クラスタを形成する傾向が顕著であることを見出した。この結果は、シリコン・ベースの希薄磁性半導体を作製するためには、遷移金属クラスタの形成をいかに抑制するかが重要であることを示唆している。
一方、半導体へのスピン偏極電子注入の高効率化を実現するための指針を得るために、バルクにおいて高いスピン偏極率を有するホイスラー合金Co_2CrAlと半導体GaAsとのヘテロ接合界面における電子状態を第一原理計算した。その結果、(100)界面付近ではスピン偏極率が著しく低下するが、(110)界面においては高いスピン偏極率が界面付近においても保持されることを見出した。この界面でのスピン偏極率の面方位依存性は、界面付近での電子移動の量の多寡に関係している。更に、Co_2CrAl/GaAsヘテロ接合におけるショットキー障壁の高さにも面方位依存性があり、(110)界面の方が若干低いことを明らかにした。以上の結果から、Co_2CrAl/GaAs(110)ヘテロ接合が半導体へのスピン偏極電子注入の高効率化に関して有望であると結論される。
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