2019 Fiscal Year Annual Research Report
Semiconductor spincurrentronics
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16H06330
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
白石 誠司 京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
安藤 裕一郎 京都大学, 工学研究科, 特定准教授 (50618361)
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| Project Period (FY) |
2016-05-31 – 2021-03-31
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| Keywords | 半導体 / スピンカレント / ゲート変調 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
研究4年目である2019年度の成果は、(1)原子膜半導体である単層MoS2への磁性薄膜成長と、磁性薄膜とMoS2間のバンド構造の精密理解、及び現状で世界最小のショットキー障壁高さの実現、(2)IV族化合物半導体SiCを介した室温スピン輸送の実現、(3)スピンカレントを用いたスピンXOR演算の安定性に関する理論的考察、(4)シリコンスピントランジスタのスピン信号のゲート変調の背景学理の理解、(5)イオンゲートを介した強電界印加による金属超薄膜の抵抗およびスピン軌道相互作用の外場変調物性の検討（継続）、の5つである。
上記(1)ではCVD成長した単層MoS2に磁性薄膜を成長しスピンカレント源及び計測電極とした場合に重要となる磁性金属/MoS2界面の電子構造を精緻に理解すると共に、現時点で世界最小のショットキー障壁を実現した（論文発表済み）。さらに垂直磁化膜の成長にも成功し、その場合の界面の電子構造も理解すると共に、ショットキー障壁のゲート変調効果も見出した（論文投稿済み）。(2)ではSiCを介したスピン輸送に成功し新たなスピンカレント物性の材料的基盤を見出した（論文発表済み）。(3)ではスピンXOR演算を安定性よく実現するために必要なデバイス機能を理解し（論文発表済み）、同時にスピンXOR演算そのものも室温で達成することができた（論文投稿済み）。(4)では長年謎だったシリコンスピントランジスタにおけるスピン信号が奇妙なゲート依存性を示す、という問題を解き、精密な背景物理の理解に成功した。(5)では昨年度にこの効果をはじめて発見したPtと同様のバンド構造を持つPdで類似の効果を発見しただけでなく、スピン軌道相互作用の小さなCuでは予想通りこの効果が消失することを実験的に見出した（論文投稿済み）。
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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
既に中間評価で「A+」評価を受けているが、全般に目標を前倒しで研究が進捗しているだけでなく、金属超薄膜を用いることで半導体的な抵抗率の変調効果及びスピン軌道相互作用の外場変調という当初予想もしていなかった新しい効果を発見しており、当初の計画以上に進展している。2019年度も無機半導体スピンカレントロニクスにおいて室温でのスピン演算を実現したほか、本提案で発見した上記の外場変調効果の基盤学理の理解を広げることも成功している。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度は、スピンXOR実現に関する論文を出版しプレス発表を通じた成果のアウトリーチを行うこと、原子膜半導体を用いたスピンカレントロニクス物性理解を更に加速すること、金属超薄膜のスピンカレントロニクス物性の外場変調という本提案で発見した新効果をベースにしたさらなる学術の広がりを達成すること、を目指す。
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