金属-半導体局所トンネルスピン注入

• 研究課題/領域番号: 14702033
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子・電気材料工学
• 研究機関: 北海道大学
• 研究代表者: 末岡 和久 北海道大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (60250479)
• 研究期間 (年度): 2002 – 2004
• 研究課題ステータス: 完了 (2004年度)
• 配分額: 29,510千円 (直接経費: 22,700千円、間接経費: 6,810千円); 2004年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円); 2003年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2002年度: 15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)
• キーワード: スピンエレクトロニクス / スピン注入 / 走査型トンネル顕微鏡 / スピン偏極走査型トンネル顕微鏡

研究概要

本研究は、半導体から金属あるいは金属から半導体への局所的なトンネルスピン注入を行うための知見を得ることを目的とした。
金属-半導体トンネル接合において、強磁性体金属から半導体へ注入された電子のスピン状態を、エレクトロルミネッセンス測定から調べた。金属-半導体トンネル接合のへき開面からの発光測定を行うことで、薄膜面内異方向性を有する強磁性薄膜からの注入電子の偏極測定を実現した。AlAsを障壁とした磁性体金属-PIN構造では、印加磁場に依存したスピン偏極度を観測した。
走査型トンネル顕微鏡(STM)を用いて局所的にスピン注入を行う実験に用いるために、スピン偏極した非占有準位が表面準位として表面に局在する強磁性体表面に関する研究を行った。MgO(001)表面に上に成長したFeおよびCr薄膜の表面において、C(2x2)構造をとった場合、高エネルギー側にシフトする表面状態を見出した。この状態はC(2x2)を構成する原子と原子の間で強く観測されることから、局所的に閉じ込められた状態であると考えることができる。この状態に選択的にスピン注入を行うことを試みた。Fe薄膜では円偏光により励起したスピン偏極電子をこの局所スピン偏極表面準位へ注入することができ、それにより表面のスピン状態に依存したスピン依存STM像が得られることを示した。
さらに、欠陥などの局所的な構造の違いで表面のスピン状態が異なる試料としてマグネタイト薄膜に関する研究を行った。薄膜の作製条件を変えることによって、電荷補償がされた表面とされない表面の二つの異なる表面を作製することができた。スピン偏極STM測定において構造の違いがスピン構造の違いに反映されていることを示した。さらに、これらの二つの構造の違いが、欠陥などの存在によって同一試料表面上に存在することを示し、局所的にスピン状態の違う状態を作れる可能性を示した。