2019 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Spintronics Materials and Applications using Narrow-gap Ferromagnetic Semiconductors
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18H05345
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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) |
2018-06-29 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン / 強磁性半導体 / スピントロニクス / 狭ギャップ半導体 / (Ga,Fe)Sb / (In, Fe)Sb / キュリー温度 / バンド構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
材料面の成果として、従来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（GaFeSb）およびｎ型強磁性半導体（InFeSb）の作製（分子線エピタキシー成長）に成功し、その基本物性を明らかにした。
ｐ型強磁性半導体（GaFeSb）については、半導体で初めて室温で強磁性共鳴を観測した。また400 Kを超える高いTCを実現し、そのバンド構造や磁気異方性を明らかにした。
ｎ型強磁性半導体(In,Fe)Sbについては、キャリア（電子）誘起強磁性であることを示し、電界効果トランジスタ構造を作製してゲート電圧で磁性を制御することに成功した。
Fe添加強磁性半導体では、n型強磁性半導体が実現できただけでなく、そのTCは半導体の禁制帯幅が小さくなればなるほど高くなる傾向があること、またFe由来の不純物準位（不純物バンド）の位置が伝導体端または価電子帯端に一致するときに高くなることを示した。すでに作製に成功していたｎ型強磁性半導体（InFeAs）の研究成果と合せて、Fe添加III-V族強磁性半導体新しいデザインルールを創出した。
物性機能面の成果として、すべて半導体でできた非磁性半導体（InAs）/強磁性半導体（(Ga0.8,Fe0.2)Sb）からなる二層ヘテロ接合を作製し、新しい電子伝導現象（大きな磁気抵抗効果）を発見した。さらに、この接合をトランジスタに加工しゲート電圧によってInAs薄膜中の波動関数を変化させ、近接効果による磁気抵抗を大きく変調することにも成功した。本研究は、ゲート電圧により電子状態を変調できるという半導体の利点に、強磁性体の持つ不揮発な性質を付与できたこと、さらに磁化の情報を大きな磁気抵抗効果という手段で読み出すことができることを示したという点で、強磁性半導体を用いた次世代スピントロニクス・デバイスの実現に向けて新たな道筋を示した。
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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（GaFeSb）およびｎ型強磁性半導体（InFeSb）の作製に成功し、その基本物性を次々に明らかにするとともに、非磁性半導体／強磁性半導体からなるヘテロ構造を作製し新しい物性機能と磁気抵抗効果を発見する(Nature Physicsに出版)など、当初計画以上に成果を挙げている。
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| Strategy for Future Research Activity |
現在は新型コロナウイルスの影響で大学で実験研究をすることが禁止され、すべての学会が中止されているが、解禁されたら直ちに実験を再開し、狭ギャッ強磁性半導体の物性機能の研究開発とそのデバイス応用の研究を一層進める予定である。
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Research Products
(45 results)
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[Presentation] Fe concentration dependence of the Fe 3d electronic states in p-type ferromagnetic semiconductor (Ga1-x,Fex)Sb2020
Author(s)
Takahito Takeda, Kohsei Araki, Yuita Fujisawa, Le Duc Anh, Nguyen Thanh Tu, Tukiharu Takeda, Shin-ichi Fujimori, Atsushi Fujimori, Masaaki Tanaka, and Masaki Kobayashi
Organizer
67th Spring Meeting of the Japan Society of Applied Physics
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[Presentation] Unveiling the electronic band structure of n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As2019
Author(s)
Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Jan Minár, Walayat Khan, Pham Nam Hai, Yoshihisa Harada, Thorsten Schmitt, Atsushi Fujimori, Masaharu Oshima, Masaaki Tanaka, and Vladimir N. Strocov
Organizer
40th International Conference on Vacuum Ultraviolet and X-ray Physics (VUVX19)
Int'l Joint Research
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[Presentation] p型強磁性半導体 (Ga,Fe)Sbのspバンドと不純物バンド2019
Author(s)
武田崇仁, 鈴木雅弘, L. D. Anh, 野中洋亮, T. Schmitt, 吉田訓, 坂野昌人, 石坂香子, 竹田幸治, 藤森伸一, 関宗俊, 田畑仁, 藤森淳, V. N. Strocov, 田中 雅明, 小林正起
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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