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酸化物ハーフメタルの界面修飾による高効率スピン注入源の創出

研究課題

研究課題/領域番号 17H06482
研究種目

研究活動スタート支援

配分区分補助金
研究分野 薄膜・表面界面物性
研究機関北海道大学

研究代表者

樋浦 諭志  北海道大学, 情報科学研究科, 助教 (30799680)

研究期間 (年度) 2017-08-25 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
キーワード酸化鉄 / 走査型トンネル顕微鏡 / 表面修飾 / 局所仕事関数 / スピン輸送 / スピントロニクス / 半導体量子ドット / 結合量子ドット / マグネタイト / 水素吸着 / 炭素吸着 / 薄膜表面・界面物性 / 走査トンネル顕微鏡 / スピンエレクトロニクス / 光物性 / スピン注入 / 界面修飾 / スピンデバイス / 表面・界面物性 / 走査プローブ顕微鏡 / 電子・電気材料
研究成果の概要

本研究では、スピン機能光デバイスの創製に向けてFe3O4/MgOの界面修飾による半導体への高効率な電子スピン注入を目指し、水素原子や炭素原子で表面修飾したFe3O4の表面電子物性を調べた。水素原子から表面、表面第二層への電子移動が水素吸着による表面スピン偏極特性の向上に寄与することを明らかにした。また、炭素蒸着機構を構築し、界面修飾に向けたサブモノレイヤー炭素膜の成長条件を確立した。さらに、超格子中の量子波を用いたスピン輸送により、長距離輸送中の電子スピン緩和を抑制できることを見出した。高スピン偏極発光材料として励起状態での電子スピン増幅効果をもつ結合量子ドットが有用であることを明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

電子情報処理の省エネルギー化の切り札として実用化が期待される半導体スピントロニクスの展開において、電子スピンの生成源である強磁性電極材料、電子スピン状態を保持したまま長距離輸送できる半導体輸送材料、電子スピン状態を長時間保持できる高スピン偏極発光材料を創出することが重要である。本研究では、強磁性体の一つである酸化鉄に注目し、半導体への高効率な電子スピン注入を可能とする界面修飾に向けた実験的知見を得た。また、原理的に電子スピン緩和が生じない量子波による電子スピン輸送を提案し、実証した。さらに、量子ドット間で電子波動関数が結合した結合量子ドットが高スピン偏極発光材料として有用であることを見出した。

報告書

(3件)
  • 2018 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (30件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 5件) 学会発表 (22件) (うち国際学会 14件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Electron-transfer-induced metallic electronic states in a H/Fe3O4(001) film subsurface2019

    • 著者名/発表者名
      Hiura Satoshi, Subagyo Agus, Murayama Akihiro, Sueoka Kazuhisa
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 12 号: 5 ページ: 055502-055502

    • DOI

      10.7567/1882-0786/ab10ce

    • NAID

      120006842189

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Electric field control of spin polarity in spin injection into InGaAs quantum dots from a tunnel-coupled quantum well2019

    • 著者名/発表者名
      Chen Hang, Hiura Satoshi, Takayama Junichi, Park Soyoung, Sueoka Kazuhisa, Murayama Akihiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 13

    • DOI

      10.1063/1.5090419

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantum spin transport to semiconductor quantum dots through superlattice2019

    • 著者名/発表者名
      Hiura Satoshi, Itabashi Kodai, Takeishi Kazuki, Takayama Junichi, Kiba Takayuki, Murayama Akihiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 114 号: 7

    • DOI

      10.1063/1.5080999

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interdot carrier and spin dynamics in a two-dimensional high-density quantum-dot array of InGaAs with quantum dots embedded as local potential minima2019

    • 著者名/発表者名
      Hiura Satoshi, Urabe Masayuki, Takeishi Kazuki, Itabashi Kodai, Takayama Junichi, Kiba Takayuki, Sueoka Kazuhisa, Murayama Akihiro
    • 雑誌名

      Semiconductor Science and Technology

      巻: 34 号: 2 ページ: 025001-025001

    • DOI

      10.1088/1361-6641/aaf7aa

    • NAID

      120006783664

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Persistent High Polarization of Excited Spin Ensembles During Light Emission in Semiconductor Quantum-Dot-Well Hybrid Nanosystems2018

    • 著者名/発表者名
      Takeishi Kazuki, Hiura Satoshi, Takayama Junichi, Itabashi Kodai, Urabe Masayuki, Washida Akihiro, Kiba Takayuki, Murayama Akihiro
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 10 号: 3

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.10.034015

    • NAID

      120006529650

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Interdot spin transfer dynamics in laterally coupled excited spin ensemble of high-density InGaAs quantum dots2018

    • 著者名/発表者名
      Hiura Satoshi, Takeishi Kazuk, Urabe Masayuki, Itabashi Kodai, Takayama Junichi, Kiba Takayuki, Sueoka Kazuhisa, Murayama Akihiro
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 113 号: 2

    • DOI

      10.1063/1.5022641

    • NAID

      120006650533

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Spin-conserved electron transport to InGaAs quantum dots through GaAs/AlGaAs superlattice2019

    • 著者名/発表者名
      S. Hiura, J. Takayama, T. Kiba, and A. Murayama
    • 学会等名
      Compound Semiconductor Week 2019 (CSW2019)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] InGaAs量子ドットの結合励起状態におけるドット間スピンダイナミクスの温度依存性2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤 紫乃, 樋浦 諭志, 高山 純一, 村山 明宏
    • 学会等名
      第54回応用物理学会北海道支部/第15回日本光学会北海道支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Temperature Dependence of Interdot Spin Dynamics in Laterally Coupled InGaAs Quantum Dots2018

    • 著者名/発表者名
      S. Sato, S. Hiura, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature-Persistent High Spin Polarization and Its Dynamics in InGaAs Quantum Dots Embedded in a GaAs Quantum Well2018

    • 著者名/発表者名
      M. Takishita, S. Hiura, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Modal Gain at Excited States in High-Density InGaAs Quantum Dots Investigated by Variable Stripe Length Method2018

    • 著者名/発表者名
      A. Ohtake, S. Hiura, A. Washida, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Excited Spin Engineering of In0.5Ga0.5As Quantum Dots by an Adjacent Two-Dimensional In0.1Ga0.9As Quantum Well Potential2018

    • 著者名/発表者名
      S. Hiura, K. Takeishi, J. Takayama, T. Kiba, and A. Murayama
    • 学会等名
      31st International Microprocesses and Nanotechnology Conference (MNC 2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature-dependent spin polarization and its dynamics in InGaAs quantum dots embedded in a GaAs quantum well2018

    • 著者名/発表者名
      M. Takishita, S. Hiura, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      2nd JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in photon and spin functionalities of nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of modal gain at excited states in high-density InGaAs quantum dots by variable stripe length method2018

    • 著者名/発表者名
      A. Ohtake, S. Hiura, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      2nd JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in photon and spin functionalities of nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of multilayer stacking on spin dynamics at excited states of vertically coupled InGaAs quantum dots2018

    • 著者名/発表者名
      S. Saito, S. Hiura, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      2nd JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in photon and spin functionalities of nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Temperature dependence of spin dynamics at laterally coupled excited states of InGaAs quantum dots2018

    • 著者名/発表者名
      S. Sato, S. Hiura, J. Takayama, and A. Murayama
    • 学会等名
      2nd JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in photon and spin functionalities of nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Electron-spin transport and spin relaxation in III-V compound semiconductor barrier layers integrated with self-assembled quantum dots2018

    • 著者名/発表者名
      A. Murayama, S. Hiura, and J. Takayama
    • 学会等名
      2nd JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in photon and spin functionalities of nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interdot spin transfer dynamics in vertically coupled InGaAs quantum dots2018

    • 著者名/発表者名
      S. Hiura, J. Takayama, T. Kiba, and A. Murayama
    • 学会等名
      2nd JSPS workshop on Japan-Sweden frontiers in photon and spin functionalities of nanomaterials
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fe3O4(001)表面上炭素膜の電子状態に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      大見 奎人, 高田 慎, 樋浦 諭志, Subagyo Agus, 末岡 和久
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 面内磁化方向のCr探針の作製2018

    • 著者名/発表者名
      高田 慎, 大見 奎人, 樋浦 諭志, Subagyo Agus, 八田 英嗣, 末岡 和久
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] InGaAs量子ドットの結合励起状態におけるスピンダイナミクスの温度依存性2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤 紫乃, 樋浦 諭志, 高山 純一, 村山 明宏
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] InGaAs量子ドット結合励起状態における集団的なスピンの緩和現象2018

    • 著者名/発表者名
      樋浦 諭志, 高山 純一, 木場 隆之, 村山 明宏
    • 学会等名
      第79回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Persistent high spin polarization induced by interdot spin transfer among coupled excited states of InGaAs quantum dots2018

    • 著者名/発表者名
      S. Hiura, K. Takeishi, A. Washida, J. Takayama, A. Ohtake, M. Takishita, S. Saito, and A. Murayama
    • 学会等名
      The 12th International Conference on Excitonic and Photonic Processes in Condensed Matter and Nano Materials (EXCON2018)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Fe3O4(001)表面上の炭素吸着に関する研究2018

    • 著者名/発表者名
      大見奎人, 高田慎, 高橋聡太朗, 山崎陸, 樋浦諭志, Subagyo Agus, 末岡和久
    • 学会等名
      第53回応用物理学会北海道支部/第14回日本光学会北海道支部合同学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Local work function measurements on H/Fe3O4(001) surface2017

    • 著者名/発表者名
      R. Yamazaki, S. Takahashi, S. Takada, K. Omi, S. Hiura, A. Subagyo, and K. Sueoka
    • 学会等名
      25th International Colloquium on Scanning Probe Microscopy (ICSPM25)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Effect of Adsorbed H Atoms on Surface and Subsurface Fe Electronic States in Magnetite Film2017

    • 著者名/発表者名
      S. Hiura
    • 学会等名
      7th Annual World Congress of Nano Science & Technology-2017 (Nano-S&T-2017)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] InGaAs量子ドットにおけるスピン注入ダイナミクスに対するスピン充填効果2017

    • 著者名/発表者名
      樋浦 諭志, 武石 一紀, 浦部 晶行, 板橋 皓大, 高山 純一, 木場 隆之, 村山 明宏
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] エピタキシャルCr薄膜探針の作製および評価2017

    • 著者名/発表者名
      高田 慎, 大見 奎人, 樋浦 諭志, Subagyo Agus, 八田 英嗣, 末岡 和久
    • 学会等名
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [備考] 北海道大学 大学院情報科学研究院 電子材料学研究室

    • URL

      https://www.ist.hokudai.ac.jp/labo/processing/

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [備考] 北海道大学 大学院情報科学研究科 電子材料学研究室

    • URL

      https://www.ist.hokudai.ac.jp/labo/processing/

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-08-25   更新日: 2020-03-30  

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