2022 Fiscal Year Annual Research Report
Creation of New Spin-Functional Materials and Devices by Renaissance of Ferromagnetic Semiconductors
Project/Area Number |
20H05650
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Research Institution | The University of Tokyo |
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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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大矢 忍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20401143)
PHAM NAM・HAI 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50571717)
Le DucAnh 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (50783594)
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Project Period (FY) |
2020-08-31 – 2025-03-31
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Keywords | スピン / 強磁性半導体 / ヘテロ構造 / 狭ギャップ半導体 / 電界効果磁化制御 / 低消費電力デバイス / スピントロニクス / トポロジカル物質 |
Outline of Annual Research Achievements |
これまで実績があるMn添加強磁性半導体に加えて、従来作製することが不可能であった室温以上のキュリー温度(Tc)をもつ新しいp型強磁性半導体((Ga,Fe)Sb)、n型強磁性半導体((In,Fe)Sb, (In,Fe)As)およびそれらを含むヘテロ構造・ナノ構造の分子線エピタキシー(MBE)成長に成功し、その基本物性や明らかにしてデバイス機能を示した。令和4(2022)年度の主な成果を述べる。 (1) 非磁性半導体(InAs)/強磁性半導体((Ga0.8,Fe0.2)Sb)からなるヘテロ構造における新しい電子伝導現象(巨大な磁気抵抗効果)の発見とその電界制御に成功した。特に、奇関数を示す巨大磁気抵抗効果を発見、磁場を反転させた場合の抵抗変化は最大で27%であり、これまでの記録を10倍以上更新する結果を得た。この結果は、時間反転対称性と空間反転対称性が同時に破れているという物質中の特異な対称性の破れによって、これまでにない大きな奇関数磁気抵抗効果という巨大応答が引き起こされたという点で大きな意味がある。 (2) 横型スピンバルブ素子における世界最高の横型スピンバルブ比とゲート変調を実現した。MBE法によりSrTiO3基板上に厚さ12 nmのLaSrMnO3層をエピタキシャル成長し、電子ビーム(EB)露光によりナノサイズの非常に短いMott絶縁体のチャネルを持つ横型スピンバルブ素子を作製することに成功した。このLaSrMnO3 / SrTiO3 / LaSrMnO3からなるデバイスでは、横型スピンバルブ構造としては世界最高値である115 %という極めて大きなMR比を得た。 (3) n型強磁性半導体InFeSb或いはInFeAs / p型強磁性半導GaFeSbからなる強磁性半導体p-n接合を作製し、500%のMR比を示す巨大なスピン依存伝導特性を観測した。
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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
従来作製することが不可能であった室温以上のキュリー温度(Tc)をもつ新しいp型強磁性半導体((Ga,Fe)Sb)、n型強磁性半導体((In,Fe)Sb、(In,Fe)As)およびそれらを含むヘテロ構造・ナノ構造の成長に成功し、その新しい物性機能を示した。特に、奇関数磁気抵抗効果など新しい巨大物性応答を観測しその機構の一端を解明した。
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Strategy for Future Research Activity |
当初計画外の成果として、世界最高品質の単結晶ダイヤモンド型結晶構造をもつα-Sn薄膜をIII-V族半導体InSb上にエピタキシャル成長することに成功し、トポロジカル物質としての性質を明らかにしたので、これを含めて狭ギャップ強磁性半導体と組み合わせ、さらに機能開発を行う。
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[Presentation] Giant spin-charge conversion in an all-epitaxial single-crystal-oxide Rashba LaTiO3+δ/SrTiO3 heterostructure2023
Author(s)
S. Kaneta-Takada, M. Kitamura, S. Arai, T. Arai, R. Okano, L.D. Anh, T. Endo, K. Horiba, H. Kumigashira, M. Kobayashi, M. Seki, H. Tabata, M. Tanaka, and S. Ohya
Organizer
APS March Meeting 2023
Int'l Joint Research
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[Presentation] Developments of novel spintronics functionalities using oxide heterostructures2023
Author(s)
Shinobu Ohya, Tatsuro Endo, Shun Tsuruoka, Yuriko Tadano, Shingo Kaneta-Takada, Yuichi Seki, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, and Masaaki Tanaka
Organizer
EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Giant spin-to-charge conversion in a (La,Sr)MnO3/LaTiO3+δ/SrTiO3 single-crystalline epitaxial heterostructure2023
Author(s)
Shingo Kaneta-Takada, Miho Kitamura, Shoma Arai, Takuma Arai, Ryo Okano, Le Duc Anh, Tatsuro Endo, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Masaki Kobayashi, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
強的秩序とその操作に関わる 第16回 講演会
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[Presentation] 強相関金属を用いた単結晶酸化物ラシュバ界面における巨大スピン流-電流変換2023
Author(s)
金田真悟, 北村未歩, 荒井勝真, 新居拓眞, 岡野諒, Le Duc Anh, 遠藤達朗,堀場弘司, 組頭広志, 小林正起, 関宗俊, 田畑仁, 田中雅明, 大矢忍
Organizer
スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク(Spin-RNJ)」シンポジウム
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[Presentation] 強相関強磁性遷移金属酸化物SrRuO3薄膜における軌道に依存したRu 4d-配位子混成状態密度の観測2023
Author(s)
関祐一, 若林勇希, 武田崇仁, 稲垣洸大, 藤森伸一, 竹田幸治, 谷保芳孝, 山本秀樹, Yoshiharu Krockenberger, 藤森淳, 田中雅明, 小林正起
Organizer
日本物理学会第78回年次大会
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[Presentation] 集束イオンビーム照射によるディラック半金属α-Snの超伝導体 β-Snへの同素体転移2023
Author(s)
稲垣 洸大, 石原 奎太, 堀田 智貴, 関 祐一, 武田 崇仁, 石田 達弘, 大槻 太殻, 川崎 郁人, 藤森 伸一, 田中 雅明, Le Duc Anh, 小林 正起
Organizer
日本物理学会第78回年次大会
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[Presentation] 強相関強磁性遷移金属酸化物SrRuO3における軌道依存Ru 4d-O 2p混成状態密度2023
Author(s)
関祐一, 若林勇希, 武田崇仁, 稲垣洸大, 藤森伸一, 竹田幸治, 谷保芳孝, 山本秀樹, Yoshiharu Krockenberger, 藤森淳, 田中雅明, 小林 正起
Organizer
2023年"第84回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] 集束イオンビーム照射によるディラック半金属α-Snの超伝導体β-Snへの同素体転移2023
Author(s)
稲垣洸大, 石原奎太, 堀田智貴, 関祐一, 武田崇仁, 石田達拡, 大槻太毅, 川崎郁斗, 藤森伸一, 田中雅明, Le Duc Anh, 小林正起
Organizer
2023年"第84回応用物理学会秋季学術講演会
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[Presentation] Giant Spin-charge Conversion in an All-epitaxial Single-crystal-oxide Rashba LaTiO3+δ/SrTiO3 Heterostructure2022
Author(s)
S. Kaneta-Takada, M. Kitamura, S. Arai, T. Arai, R. Okano, L. D. Anh, T. Endo, K. Horiba, H. Kumigashira, M. Kobayashi, M. Seki, H. Tabata, M. Tanaka, and S. Ohya
Organizer
22nd International Conference on Molecular Beam Epitaxy (ICMBE 2022)
Int'l Joint Research
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[Presentation] マンガン酸化物極薄膜ヘテロ構造における金属絶縁体転移に伴う磁気異方性の変化2022
Author(s)
小林正起, L. D. Anh, 鈴木雅弘, 金田真悟, 竹田幸治, 藤森伸一, 芝田悟朗, 田中新, 田中雅明, 大矢忍, 藤森淳
Organizer
2022年日本物理学会秋季大会
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