2016 Fiscal Year Research-status Report
狭バンドギャップ強磁性半導体を用いたスピン機能材料とデバイス
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16K14224
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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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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2018-03-31
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| Keywords | 狭バンドギャップ強磁性半導体 / (In,Fe)As / (Ga,Fe)Sb / (In,Fe)Sb / スピンバンドエンジニアリング / スピンエサキダイオード / トンネル分光 / ヘテロ接合 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Fe-AsやFe-Sbの正四面体結合（閃亜鉛鉱型）をもつ狭バンドギャップ・キャリア誘起III-V 族強磁性半導体とその超薄膜・量子井戸・ヘテロ構造を作製し、物性機能の研究を行った。以下にその実績と成果を示す。
1) N型強磁性半導体(In,Fe)Asを含む三層量子井戸構造をチャネルとする電界効果トランジスタを作製し、ゲート電界によって量子井戸中の電子キャリアの波動関数を動かし(In,Fe)As層との重なりを変えることによりキュリー温度(TC)を変えることに成功した（強磁性半導体ヘテロ構造による波動関数工学の実現）。さらにこれらの実験結果を、セルフコンシステントな波動関数と電子状態の理論計算で波動関数の分布を再現し、良く説明できることを示した。
2)ｐ型強磁性半導体(Ga1-x,Fex)Sb（Fe濃度xは最大20%）の作製に成功し、様々な構造評価と物性評価から真性の強磁性半導体であること、TCが230Kに達することを示した。
3)ｎ型強磁性半導体(In,Fe)As/ｐ型InAsからなるエサキダイオードを作製し、トンネル分光により、(In,Fe)Asの伝導帯に大きなスピン分裂（30-50meV）を観測した。III-V族強磁性半導体の伝導帯に大きなスピン分裂が見出されたのは初めてで、スピンバンドエンジニアリングに適した材料であることを示す結果である。
4)ｐ型強磁性半導体(Ga1-x,Fex)Sb（Fe濃度xは最大25%）の作製に成功し、様々な構造評価と物性評価から真性の強磁性半導体であること、TCが340 Kに達することを示した（Appl. Phys. Lett.のFeatured Articleに選ばれた。APL Articles in Newsにも掲載され、2016年で最も読まれた論文にランクインした）。
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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
新しい狭バンドギャップ・キャリア誘起III-V 族強磁性半導体の作製に成功し、強磁性半導体(Ga,Fe)Sbで室温を超える高いキュリー温度（340K）を実現、波動関数制御による磁性の制御を実証、伝導帯における大きなスピン分裂を観測、など、世界トップレベルの成果を挙げた。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記の研究成果を基礎にして、狭バンドギャップIII-V 族強磁性半導体の高品質化、強磁性発現機構の解明、磁性の制御、スピン注入と検出、トンネル磁気抵抗効果の実現、3端子デバイス（スピントランジスタ）の実現に向けた機能開発の研究に取り組む。
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| Remarks |
Applied Physics Lettersに発表した下記論文がFeatured Articleに選ばれた。またAPL Articles in the Newsに掲載され、2016年で最も読まれた論文の１つにもなった： N. T. Tu, P. N. Hai, L. D. Anh, and M. Tanaka, Appl. Phys. Lett. 108, 192401 (2016).
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Research Products
(29 results)
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[Presentation] Josephson effect in Nb/(In,Fe)As/Nb junctions2016
Author(s)
T. Nakamura, Y. Iwasaki, L. D. Anh, Y. Hashimoto, S. Ohya, M. Tanaka, and S. Katsumoto
Organizer
9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
Place of Presentation
Kobe, Japan
Year and Date
2016-08-08 – 2016-08-11
Int'l Joint Research
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