2020 Fiscal Year Annual Research Report
A study on preparation method of room-temperature pure-circular polarization spin LED and its physical mechanims
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18H03878
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| Research Institution | Tokyo Institute of Technology |
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Principal Investigator |
宗片 比呂夫 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 教授 (60270922)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
西沢 望 東京工業大学, 科学技術創成研究院, 助教 (80511261)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピンフォトニクス / 光スピントロニクス / スピン発光ダイオード / 円偏光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
令和１年度は電極形成工程におけるスピン注入用トンネル酸化バリア層の溶解現象という当初の素子設計で想定しなかった問題が明らかとなった。加えて、素子の電気的特性が実験中に突然変化（低抵抗化）して無発光状態に移行してしまう問題も未解決で残った。これらを解決しない限り、国内外の研究機関を巻き込んだ研究開発機運を盛り上げることは難しい。そこで、コロナ禍中の今年度は、教員（宗片、西沢、加来）が中心となって、素子作製工程と素子駆動実験の見直しによって実験研究を進めた。結果、GaAsダブルヘテロ構造上に極薄AlAsエピタキシャル層を形成したのちに、これを低真空酸素雰囲気中で酸化する工程によりナノピンホールが極めて少ない酸化バリア層形成（強磁性原子FeのGaAs部への拡散防止も兼ねる）、さらに、その上部にスパッタ堆積法とメカニカルマスクを組み合わせた強磁性電極直接形成工程を確立した、素子駆動実験では、研究室既存の電子機器を活用したパルス電圧励起法（パルス幅100マイクロ秒）を立ち上げ、電流密度換算1平方センチメートルあたり100Aを超える領域で円偏光の増大開始の痕跡を見出すとともに、この電流密度を越えると、電気特性の短絡化・発光強度劣化が開始されることを見出した。このことは、局所発熱によるフォノン数増大が素子劣化と円偏光増大に関わっている可能性を示唆している。すなわち、理論提唱されたカイラルフォノン [J. Kishine, et al, PRL 125, 245302 (2020)] とキャリアスピンとの間の散乱の重要性を示唆している。本課題で実施した光励起による円偏光増大に関する実験が不調に終わった原因は光波長の選択とともに光励起パワー不足によると推定される。フォノン発生を担保しつつ局所発熱を抑制することをめざして課題研究終了後は10マイクロ秒レベルの電圧パルス励起実験を継続する。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Research Products
(10 results)
