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2017 Fiscal Year Annual Research Report

純スピン流伝導の光・電界制御

Research Project

Project/Area Number 16H02333
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

浜屋 宏平  大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (90401281)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 大岩 顕  大阪大学, 産業科学研究所, 教授 (10321902)
澤野 憲太郎  東京都市大学, 工学部, 教授 (90409376)
斉藤 好昭  株式会社東芝研究開発センター, その他部局等, その他 (80393859) [Withdrawn]
Project Period (FY) 2016-04-01 – 2020-03-31
Keywords電気・電子材料 / スピントロニクス
Outline of Annual Research Achievements

研究代表者が世界で初めて実証している薄膜成長技術と高効率スピン注入技術を融合し、これまで実現されたことのない『純スピン流伝導の光・電界制御素子』の創製に挑戦する。以下に、本年度に得られた研究成果を示す。
n-Ge(電子濃度~10^19 cm-3)及びp-Ge(正孔濃度~10^18 cm-3)を伝導チャネルとした横型スピンバルブ素子構造を作製し、強磁性ホイスラー合金からのスピン注入を行うことで、非局所スピン信号の観測を試みた。n-Geの場合は8 Kで数mΩ、p-Geの場合は30 Kで0.1mΩ程度の非局所スピン信号を観測することに成功し、n-Ge層及びp-Ge層を純スピン流が伝導したという証拠を得た。これらのスピン信号の温度依存性を調査したところ、温度の上昇に伴ってスピン信号強度は減衰する傾向を示した。得られたスピン信号強度と一次元拡散モデルを用いた解析から、120 K以下の低温領域では、n-Geにおいてはスピン緩和時間に温度依存性がほとんど見られず、p-Geではスピン緩和時間が1桁以上減少する傾向を明らかにした。縮退系Geにおける電子スピンの緩和は、ドーピングした不純物元素の作るポテンシャルの影響で短距離スピン散乱が支配的となり、温度依存性が非常に小さいことが最近の理論で提案されており、実験結果はそれを支持するものであった。一方、正孔スピン緩和時間は、最近の光学的手法の発展により情報が得られ始めており、本研究で得られたスピン緩和時間の温度依存性は光学的手法から明らかにされている結果と概ね一致した。
以上を考慮して素子構造を設計し、n-Geにおいては世界で初めてGe電子デバイス構造における室温スピン伝導を実証し、p-Geにおいては電気的手法を用いて室温スピン伝導の観測に成功した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

研究実績でも述べたように、n型およびp型Geの両方で電気的手法を用いて室温における純スピン流伝導の観測に成功し、Ge中でのスピン緩和機構の詳細な理解ができた。デバイス応用を進めていく上で解決していかなければならない課題も明らかにすることができたので、「(2)おおむね順調に進展している」と評価した。

Strategy for Future Research Activity

最終目標とする純スピン流伝導の光・電界制御を実証するため、先ずは、現有のナノ微細加工技術を利用して、光照射やゲート電圧を印加することができる素子構造の作製プロセスを開発する。その後、それを用いてGe層の電気抵抗率を変調し、その結果、スピン抵抗が変調されることを実証する。

  • Research Products

    (55 results)

All 2018 2017 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (14 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 14 results,  Open Access: 2 results) Presentation (40 results) (of which Int'l Joint Research: 9 results,  Invited: 8 results)

  • [Int'l Joint Research] University of York(英国)

    • Country Name
      UNITED KINGDOM
    • Counterpart Institution
      University of York
  • [Journal Article] Effect of annealing on the structure and magnetic properties of Co2FeAl0.5Si0.5 thin films on Ge(111)2018

    • Author(s)
      Kuerbanjiang Balati、Love Christopher、Kepaptsoglou Demie、Nedelkoski Zlatko、Yamada Shinya、Ghasemi Arsham、Ramasse Quentin M.、Hamaya Kohei、Cavill Stuart A.、Lazarov Vlado K.
    • Journal Title

      Journal of Alloys and Compounds

      Volume: 748 Pages: 323~327

    • DOI

      10.1016/j.jallcom.2018.03.075

    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Effect of Fe-V nonstoichiometry on electrical and thermoelectric properties of Fe2VAl films2018

    • Author(s)
      Kohei Kudo, Shinya Yamada, Jinichiro Chikada, Yuta Shimanuki, Yoshiaki Nakamura and Kohei Hamaya
    • Journal Title

      Japanese Journal of Applied Physics (Rapid communications)

      Volume: 57 Pages: 040306-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/JJAP.57.040306

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Magnetic and structural depth profiles of Heusler alloy Co2FeAl0.5Si0.5 epitaxial films on Si(111)2018

    • Author(s)
      S. Glover, T. Saerbeck, B. Kuerbanjiang, A. Ghasemi, D. Kepaptsoglou, Q. Ramasse, S. Yamada, K. Hamaya, T. Hase, V. Lazarov, and G. Bell
    • Journal Title

      Journal of Physics: Condensed Matter

      Volume: 30 Pages: 065801-1~7

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-648X/aaa4c8

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spin Absorption Effect at Ferromagnet/Ge Schottky-Tunnel Contacts2018

    • Author(s)
      Yamada Michihiro、Fujita Yuichi、Yamada Shinya、Sawano Kentarou、Hamaya Kohei
    • Journal Title

      Materials

      Volume: 11 Pages: 150-1~8

    • DOI

      https://doi.org/10.3390/ma11010150

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Anomalous Hall conductivity and electronic structures of Si-substituted Mn2CoAl epitaxial films2018

    • Author(s)
      K. Arima, F. Kuroda, S. Yamada, T. Fukushima, T. Oguchi, and K. Hamaya
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 97 Pages: 054427-1~6

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.97.054427

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low-temperature growth of fully epitaxial CoFe/Ge/Fe3Si layers on Si for vertical-type semiconductor spintronic devices2017

    • Author(s)
      Sakai S、Kawano M、Ikawa M、Sato H、Yamada S、Hamaya K
    • Journal Title

      Semiconductor Science and Technology

      Volume: 32 Pages: 094005-1~5

    • DOI

      https://doi.org/10.1088/1361-6641/aa7886

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Control of electrical properties in Heusler-alloy/Ge Schottky tunnel contacts by using phosphorous δ -doping with Si-layer insertion2017

    • Author(s)
      Yamada Michihiro、Fujita Yuichi、Yamada Shinya、Kanashima Takeshi、Sawano Kentarou、Hamaya Kohei
    • Journal Title

      Materials Science in Semiconductor Processing

      Volume: 70 Pages: 83~85

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.mssp.2016.07.025

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrical properties of epitaxial Lu- or Y-doped La 2 O 3 /La 2 O 3 /Ge high- k gate-stacks2017

    • Author(s)
      Kanashima T.、Yamashiro R.、Zenitaka M.、Yamamoto K.、Wang D.、Tadano J.、Yamada S.、Nohira H.、Nakashima H.、Hamaya K.
    • Journal Title

      Materials Science in Semiconductor Processing

      Volume: 70 Pages: 260~264

    • DOI

      https://doi.org/10.1016/j.mssp.2016.11.016

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Room-temperature spin transport in n-Ge probed by four-terminal nonlocal measurements2017

    • Author(s)
      Michihiro Yamada, Makoto Tsukahara, Yuichi Fujita, Takahiro Naito, Shinya Yamada, Kentarou Sawano and Kohei Hamaya
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Pages: 093001-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/APEX.10.093001

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Low thermal conductivity of thermoelectric Fe2VAl films2017

    • Author(s)
      Shinya Yamada, Kohei Kudo, Ryo Okuhata, Jinichiro Chikada, Yoshiaki Nakamura and Kohei Hamaya
    • Journal Title

      Applied Physics Express

      Volume: 10 Pages: 115802-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.7567/APEX.10.115802

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] A crystalline germanium flexible thin-film transistor2017

    • Author(s)
      Higashi H.、Nakano M.、Kudo K.、Fujita Y.、Yamada S.、Kanashima T.、Tsunoda I.、Nakashima H.、Hamaya K.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 111 Pages: 222105-1~4

    • DOI

      https://doi.org/10.1063/1.5007828

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin Transport and Relaxation up to 250 K in Heavily Doped n-Type Ge Detected Using Co2FeAl0.5Si0.5 Electrodes2017

    • Author(s)
      Y. Fujita, M. Yamada, M. Tsukahara, T. Oka, S. Yamada, T. Kanashima, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 8 Pages: 014007-1~9

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.8.064023

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large impact of impurity concentration on spin transport in degenerate n-Ge2017

    • Author(s)
      M. Yamada, Y. Fujita, M. Tsukahara, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Journal Title

      Physical Review B (Rapid communications)

      Volume: 95 Pages: 161304-1~5

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.161304

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrical detection of spin accumulation and relaxation in p-type germanium2017

    • Author(s)
      M. Kawano, M. Ikawa, K. Santo, S. Sakai, H. Sato, S. Yamada, and K. Hamaya
    • Journal Title

      Physical Review Materials

      Volume: 1 Pages: 034604-1~6

    • DOI

      https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.1.034604

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Room-temperature magnetoresistance effect in Ge lateral spin-valve devices2018

    • Author(s)
      M. Tsukahara, M. Yamada, T. Naito, S. Oki, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      「スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク」シンポジウム(Spin-RNJ Symposium 2017)
  • [Presentation] Nonlocal spin transport in a SiGe alloy2018

    • Author(s)
      . Naito, M. Yamada, M. Tsukahara, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      「スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク」シンポジウム(Spin-RNJ Symposium 2017)
  • [Presentation] Observation of spin transport in a SiGe alloy2018

    • Author(s)
      T. Naito, M. Yamada, M. Tsukahara, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換年次報告会
  • [Presentation] Room-temperature local spin signals in germanium lateral devices2018

    • Author(s)
      M. Tsukahara, M. Yamada, T. Naito, S. Oki, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換年次報告会
  • [Presentation] Spin-gapless semiconductor-like magnetotransport in CoFeVSi films2018

    • Author(s)
      S. Kobayashi, S. Yamada, K. Arima and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換年次報告会
  • [Presentation] 低熱伝導率Fe2VAl単結晶薄膜の形成2018

    • Author(s)
      山田晋也、工藤康平、奥畑亮、近田尋一朗、中村芳明、浜屋宏平
    • Organizer
      第162回日本金属学会春季講演大会
  • [Presentation] Fe-V非化学量論組成及びSi置換Fe2VAl薄膜の電気・熱電特性2018

    • Author(s)
      工藤康平、山田晋也、近田尋一朗、嶋貫雄太、中村芳明、浜屋宏平
    • Organizer
      第162回日本金属学会春季講演大会
  • [Presentation] 半導体スピントロニクスにおける強磁性体/半導体ヘテロ界面の重要性2018

    • Author(s)
      浜屋宏平
    • Organizer
      第23回 電子デバイス界面テクノロジー研究会
    • Invited
  • [Presentation] ゲルマニウムスピンデバイスのための物性解明と応用展開2018

    • Author(s)
      浜屋宏平
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会「結晶工学分科企画シンポジウム」
    • Invited
  • [Presentation] Spin-dependent transport in ferromagnet-germanium structures for spintronic applications2018

    • Author(s)
      K. Hamaya
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会「半導体分科企画シンポジウム」
    • Invited
  • [Presentation] 四端子非局所測定によるn-Ge中の室温スピン伝導2018

    • Author(s)
      山田道洋、塚原誠人、藤田裕一、内藤貴大、山田晋也、澤野憲太郎、浜屋宏平
    • Organizer
      第65回応用物理学会春季学術講演会「シリコンテクノロジー分科会論文賞 受賞講演」
    • Invited
  • [Presentation] 低RAショットキートンネル接合電極を用いたn-Ge中の室温スピン伝導検出2017

    • Author(s)
      塚原誠人、山田道洋、藤田裕一、内藤貴大、山田晋也、澤野憲太郎、浜屋宏平
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Si<100>スピン伝導素子のスピン信号強度増大2017

    • Author(s)
      石川瑞恵、塚原誠人、藤田裕一、山田晋也、杉山英行、斉藤好昭、浜屋宏平
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] ホイスラー合金/SrTiO3ヘテロ界面における異常伝導2017

    • Author(s)
      金澤和哉、山田晋也、浜屋宏平
    • Organizer
      第161回日本金属学会秋季講演大会
  • [Presentation] Si添加Mn2CoAl薄膜の磁気伝導特性2017

    • Author(s)
      有馬圭亮、山田晋也、黒田文彬、小口多美夫、浜屋宏平
    • Organizer
      第161回日本金属学会秋季講演大会
  • [Presentation] スピンギャップレス系ホイスラー合金薄膜のMBE成長とその磁気伝導特性2017

    • Author(s)
      山田晋也、有馬圭亮、小林慎也、工藤康平、沖宗一郎、浜屋宏平
    • Organizer
      第161回日本金属学会秋季講演大会
  • [Presentation] Magnetotransport properties of CoFeVSi epitaxial films2017

    • Author(s)
      S. Kobayashi, S. Yamada, K. Arima and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換研究会
  • [Presentation] Spin Transport and Relaxation in p-Ge Detected by Local Spin-valve Measurements2017

    • Author(s)
      M. Ikawa, M. Kawano, S. Sakai, S. Oki, H. Sato, S. Yamada, and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換研究会
  • [Presentation] Room-temperature spin transport in n-Ge using four-terminal nonlocal measurements with low-RA Schottky-tunnel contacts2017

    • Author(s)
      M. Tsukahara, M. Yamada, Y. Fujita, T. Naito, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換研究会
  • [Presentation] Anomalous Hall conductivity of Mn2CoAl1-xSix thin films2017

    • Author(s)
      K. Arima, S. Yamada, F. Kuroda, T. Oguchi, and K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換研究会
  • [Presentation] Electrical Spin Injection and Detection at Ferromagnet/Ge interfaces2017

    • Author(s)
      K. Hamaya
    • Organizer
      平成29年度スピン変換研究会
  • [Presentation] エピタキシャルCoFe/Ge/Fe3Si縦型構造におけるスピン伝導の観測2017

    • Author(s)
      井川昌彦、河野慎、酒井宗一朗、沖宗一郎、佐藤浩、山田晋也、浜屋宏平
    • Organizer
      第41回日本磁気学会学術講演会
  • [Presentation] エピタキシャルCoFe/Ge/Fe3Si縦型構造の低温成長とその磁気特性2017

    • Author(s)
      酒井宗一朗、河野慎、井川昌彦、沖宗一郎、佐藤浩、山田晋也、浜屋宏平
    • Organizer
      第41回日本磁気学会学術講演会
  • [Presentation] ゲルマニウム中の電子スピン伝導とスピン緩和2017

    • Author(s)
      藤田裕一、山田道洋、塚原誠人、山田晋也、澤野憲太郎、浜屋宏平
    • Organizer
      第41回日本磁気学会学術講演会
  • [Presentation] ゲルマニウム中の室温電子スピン伝導2017

    • Author(s)
      山田道洋、塚原誠人、藤田裕一、内藤貴大、山田晋也、澤野憲太郎、浜屋宏平
    • Organizer
      第11回物性科学領域横断研究会
  • [Presentation] Co2FeAl/n+-Geショットキートンネル接合電極を用いた室温スピン伝導の検出2017

    • Author(s)
      塚原誠人、山田道洋、藤田裕一、内藤貴大、山田晋也、澤野憲太郎、浜屋宏平
    • Organizer
      第22回半導体におけるスピン工学の基礎と応用(PASPS-22)
  • [Presentation] CoFeVSiエピタキシャル薄膜の磁気伝導特性2017

    • Author(s)
      小林慎也、山田晋也、有馬圭亮、浜屋宏平
    • Organizer
      第22回半導体におけるスピン工学の基礎と応用(PASPS-22)
  • [Presentation] Si置換Mn2CoAl薄膜における内因性異常ホール効果2017

    • Author(s)
      有馬圭亮、黒田文彬、山田晋也、小口多美夫、浜屋宏平
    • Organizer
      第22回半導体におけるスピン工学の基礎と応用(PASPS-22)
  • [Presentation] Donor-Induced Spin Relaxation in n-Ge2017

    • Author(s)
      M. Yamada, Y. Fujita, M.Tsukahara, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      The 9th International school and conference on Spintech
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Local Magnetoresistance in a Co2FeAl0.5Si0.5/n+-Ge lateral spin valve2017

    • Author(s)
      S. Oki, Y. Fujita, M.Tsukahara, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      The 9th International school and conference on Spintech
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin Relaxation Mechanism in Heavily Doped n-type Silicon2017

    • Author(s)
      M. Ishikawa, T. Oka, Y. Fujita, H. Sugiyama, Y. Saito, and K. Hamaya
    • Organizer
      The 9th International school and conference on Spintech
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Anomalous Hall effect of Mn2CoAl films grown by low-temperature molecular beam epitaxy2017

    • Author(s)
      K. Arima, Y. Togami, S. Yamada, and K. Hamaya
    • Organizer
      The 9th International school and conference on Spintech
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Giant Enhancement of Nonlocal Spin Signals in n-Ge using Co2FeAl0.5Si0.5 Electrodes2017

    • Author(s)
      M. Tsukahara, Y. Fujita, M. Yamada, S. Yamada, K. Sawano, and K. Hamaya
    • Organizer
      The 9th International school and conference on Spintech
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Spin Transport in Fully Epitaxial CoFe/p-Ge/Fe3Si Structures2017

    • Author(s)
      M. Ikawa, M. Kawano, S. Sakai, H. Sato, S. Yamada, and K. Hamaya
    • Organizer
      The 9th International school and conference on Spintech
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Low-temperature growth of all-epitaxial CoFe/Ge/Fe3Si layers on Si for vertical-type semiconductor spintronic devices2017

    • Author(s)
      Shuichiro Sakai, Makoto Kawano, Masahiko Ikawa, Hiroshi Sato, Shinya Yamada, Takeshi Kanashima, and Kohei Hamaya
    • Organizer
      The 10th International Conference on Silicon Epitaxy and heterostructures
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Electrical properties of pseudo-single-crystalline Ge film grown on SiNx/SiO2 substrates2017

    • Author(s)
      Kohei Kudo, Hidenori Higashi, Mario Nakano, Shinya Yamada, Keisuke Yamamoto, Takeshi Kanashima, Isao Tsunoda, Hiroshi Nakashima, and Kohei Hamaya
    • Organizer
      The 10th International Conference on Silicon Epitaxy and heterostructures
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高品質強磁性/半導体界面を用いたスピン注入・検出と計算科学への期待2017

    • Author(s)
      浜屋宏平
    • Organizer
      第31回CMDワークショップ
    • Invited
  • [Presentation] ゲルマニウムスピントロニクスにおける高品質ヘテロ接合の重要性と課題2017

    • Author(s)
      浜屋宏平
    • Organizer
      第1回CSRN Workshop 2017 「新しいスピントロニクス機能材料の開発とその物性制御」
    • Invited
  • [Presentation] ゲルマニウムスピントロニクスの最近の進展2017

    • Author(s)
      浜屋宏平
    • Organizer
      第36回電子材料シンポジウム
    • Invited
  • [Presentation] Spin Transport in Germanium2017

    • Author(s)
      K. Hamaya
    • Organizer
      HKU-Osaka University Joint Symposium on Material Reserch
    • Int'l Joint Research / Invited

URL: 

Published: 2018-12-17   Modified: 2022-08-30  

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