2020 Fiscal Year Annual Research Report
development of hybrid nanostructured devices based on spin-orbit interaction and elucidations of their functions
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20H02562
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| Research Institution | NTT Basic Research Laboratories |
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Principal Investigator |
高瀬 恵子 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子科学イノベーション研究部, 主任研究員 (60553245)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
内海 裕洋 三重大学, 工学研究科, 准教授 (10415094)
舘野 功太 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 多元マテリアル創造科学研究部, 主任研究員 (20393796)
佐々木 智 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子科学イノベーション研究部, 上席ラボスペシャリスト (80393768)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | ナノワイヤ / スピン軌道相互作用 / 電界効果トランジスタ / ショットノイズ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
2020年度は、これまで我々が開発してきたゲート・オール・アラウンド型電界効果トランジスタ（FET）作製手法を活用し、スピン軌道相互作用を高効率にゲート制御でき、かつ、従来よりも高周波領域における動作が期待できる新型素子を開発した。ゲート電極/ゲート絶縁膜として、GHzからTHzまで透過可能であるZnO/Al2O3膜をALD技術を用いてin-situで成長することで、ゲート・オール・アラウンド型FETをインジウムヒ素（InAs）ナノワイヤを用いて開発した。極低温で電気伝導測定を行い、スピン軌道相互作用が大きいときに観測される弱反局在現象を観測し、そのゲート電圧依存性を解析した。その結果、スピン軌道相互作用の高効率ゲート制御に成功し、かつ、大きなスピン軌道相互作用を低ゲート電圧で得られることがわかった。これは、我々が開発したZnO/Al2O3膜を用いたゲート・オール・アラウンド型InAsナノワイヤ素子が将来的な高周波スピンFETのプロトタイプの一つとして期待できることを意味する。
また、本研究計画で導入予定であったネットワークアナライザも計画通り導入し、現在は高周波測定系の整備を進めている。
さらに、ナノワイヤ/超伝導の複合素子についても研究を行った。完全係数統計を用いて量子ドットのコトンネリング領域の電流揺らぎ（ショットノイズ）について、スピン反転を伴う緩和を考慮した計算を共同研究者と行い、実験と比較できる有意義な結果を得ている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初の計画通り、高周波測定に有利であると期待されるZnO/Al2O3ゲートスタックを用いたナノワイヤFET素子の開発に成功し、スピン軌道相互作用を高効率にゲート制御することができた。また、高周波測定に必要な実験系の整備も当初の計画通り進めている。
ナノワイヤ/超伝導の複合素子についても、計算結果と実験を議論できる段階まで進んでいる。
上述した研究進捗にもとづき、それぞれの研究成果を外部発表することができたため、おおむね順調に進展していると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は得られた研究成果の論文化を進めつつ、以下のように研究を推進していく。
まず、導入した高周波測定用ネットワークアナライザを用いて、半導体素子のソース・ドレイン間の高周波利得の周波数依存性測定などの特性評価を行う。さらに、その結果にもとづき、新たなスピン軌道相互作用の高効率ゲート制御素子の開発を行う。その過程で、これまでとは異なるナノワイヤ材料、新規素子構造を採用しつつ、多様な素子を開発していく。開発した素子は電気伝導特性を評価し、その結果をフィードバックさせて、スピン軌道相互作用を利用した素子の性能向上を目指す。
また、ナノワイヤ/超伝導の複合素子については、これまでに行ってきた複合型ナノワイヤ素子開発結果と、完全係数統計を用いた電流揺らぎ評価アルゴリズムを用いて、新規の量子効果素子開発と性能評価を行っていく。その過程で、スピン軌道相互作用の果たす役割を解明し、スピン物性や準粒子伝導についての新規知見獲得を目指して研究を推進する。
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