シリコン中の蓄積スピンと純スピン流物性の研究

• 研究課題/領域番号: 25246019
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 応用物性
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 白石 誠司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397682)
• 研究分担者: 安藤 裕一郎 京都大学, 大学院工学研究科, 助教 (50618361)
• 研究期間 (年度): 2013-05-31 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2015年度)
• 配分額: 47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円); 2015年度: 8,060千円 (直接経費: 6,200千円、間接経費: 1,860千円); 2014年度: 9,750千円 (直接経費: 7,500千円、間接経費: 2,250千円); 2013年度: 29,380千円 (直接経費: 22,600千円、間接経費: 6,780千円)
• キーワード: スピントロニクス / シリコン / スピントランジスタ / スピンカロリトロニクス / スピン流 / スピン依存ゼーベック効果 / スピンエレクトロニクス / 純スピン流 / スピンドリフト

研究成果の概要

本提案の遂行により、現在のシリコンCMOSテクノロジーを置き換え可能なスピンMOSトランジスタを創成し、室温で動作させることに成功した。これはスピンMOSトランジスタのスピン輸送層である非縮退シリコン中でのスピンの挙動を詳細に解析し、正確・精密に理解できたことによる。さらに現在のシリコンCMOSテクノロジーが直面する膨大な廃熱の問題を解決するための1つの方策として、スピンカロリトロニクス効果を用いたスピン輸送とスピン信号の取り出しにも室温で成功した。

研究成果

• [雑誌論文] Room-temperature operation of Si spin MOSFET with high on/off spin signal ratio (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Tahara, Hayato Koike, Makoto Kameno, Tomoyuki Sasaki, Yuichiro Ando, Kazuhito Tanaka, Shinji Miwa, Yoshishige Suzuki, and Masashi Shiraishi
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 8 号: 11 ページ: 1-3
  • DOI: 10.7567/apex.8.113004
  • NAID: 210000137705
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin drift in highly doped n-type Si (2014)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kameno, Yuichiro Ando, Teruya Shinjo, Hayato Koike, Tomoyuki Sasaki, Tohru Oikawa, Toshio Suzuki, and Masashi Shiraishi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 9 ページ: 92409-92409
  • DOI: 10.1063/1.4867650
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Transport in Nondegenerate Si with a Spin MOSFET Structure at Room Temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomoyuki Sasaki, Yuichiro Ando, Makoto Kameno, Takayuki Tahara, Hayato Koike, Tohru Oikawa, Toshio Suzuki, and Masashi Shiraishi.
  • 雑誌名: PHYSICAL REVIEW APPLIED 巻: 2 号: 3 ページ: 034005-034005
  • DOI: 10.1103/physrevapplied.2.034005
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin drift in highly-doped Si (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Kameno, Y. Ando, T. Shinjo, H. Koike, T. Sasaki, T. Oikawa, T. Suzuki, M. Shiraishi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local magnetoresistance in Fe/MgO/Si lateral spin valve at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Sasaki, T. Suzuki, Y. Ando, H. Koike, T. Oikwa, T. Suzuki and M. Shiraishi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin-Pump-Induced Spin Transport in p-Type Si at Room Temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: E. Shikoh, K. Ando, K. Kubo, E. Saitoh, T. Shindo, M. Shiraishi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant enhancement of spin pumping efficiency using Fe3Si ferromagnet (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Ando, K. Ichiba, S. Yamada, E. Shikoh, T. Shinjo, K. Hamaya, M. Shiraishi
  • 雑誌名: Physical Review B (Rapid Communications) 巻: 88
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bipolar-driven large linear magnetoresistance in silicon at low magnetic fields (2013)
  • 著者名/発表者名: M.P. Delmo, E. Shikoh, T. Shinjo, M. Shiraishi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87
  • 査読あり
• [学会発表] シリコンスピンMOSFETにおける熱により生成されたスピン信号へのゲート電圧による効果 (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Yamashita
  • 学会等名: 第63回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 東京工業大学 大岡山キャンパス
  • 年月日: 2016-03-21
• [学会発表] Thermal spin injection and transport in non-degenerate n-type Si (2016)
  • 著者名/発表者名: Naoto Yamashita
  • 学会等名: 2016 Joint MMM-Intermag Conference
  • 発表場所: San Diego, California
  • 年月日: 2016-01-14
  • 国際学会
• [学会発表] Quantitative investigation of the relationship between spin drift and spin signal in spin-MOSFET (2016)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Tahara
  • 学会等名: 2016 MMM-Intermag joint conference
  • 発表場所: San Diego, California
  • 年月日: 2016-01-13
  • 国際学会
• [学会発表] Observation of Joule-heating-induced spin magnetoresistance in non-degenerate n-type Si (2015)
  • 著者名/発表者名: Naoto Yamashita
  • 学会等名: 第76回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-16
• [学会発表] シリコンベース・スピントロニクスデバイスの将来展望 (2015)
  • 著者名/発表者名: Yuichiro Ando
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-15
• [学会発表] Investigation of gate-voltage dependence of spin accumulation signal in nondegenerate Si (2015)
  • 著者名/発表者名: Takayuki Tahara
  • 学会等名: 第76回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 名古屋国際会議場
  • 年月日: 2015-09-14
• [学会発表] Demonstration of spin-MOSFET using n-type Si at room temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: Makoto Kameno
  • 学会等名: 20th International Conference on Magnetism
  • 発表場所: Barcelona,spain
  • 年月日: 2015-07-06
  • 国際学会
• [学会発表] 外部電場によるシリコンスピンMOSFET中のスピン輸送の変調 (2015)
  • 著者名/発表者名: 白石 誠司
  • 学会等名: 日本磁気学会講演会
  • 発表場所: 中央大学 駿河台記念館６７０号室
  • 年月日: 2015-03-27
  • 招待講演
• [学会発表] Observation of Joule-heating-induced spin injection and transport in highly-doped n-type Si (2015)
  • 著者名/発表者名: 亀野 誠
  • 学会等名: 2015年春季応用物理学会
  • 発表場所: 神奈川県/東海大学湘南キャンパス
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] Investigation of spin drift velocity and the modulation of spin signals under spin drift in highly-doped n-type Si (2015)
  • 著者名/発表者名: 亀野 誠
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: アメリカ/テキサス州/サンアントニオ
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] Spin Transport Properties in Nondegenerate Si at Room Temperature (2015)
  • 著者名/発表者名: 田原 貴之
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: アメリカ/テキサス州/サンアントニオ
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] シリコンスピンMOSFETの室温動作の達成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田原 貴之
  • 学会等名: 電子通信情報学会磁気記録・情報ストレージ研究会
  • 発表場所: パナソニック松心会館
  • 年月日: 2015-01-23
• [学会発表] 外部電場による非縮退Si中の室温スピン輸送の変調 (2014)
  • 著者名/発表者名: 白石 誠司
  • 学会等名: ＰＡＳＰＳ１９
  • 発表場所: 東京大学 武田ホール
  • 年月日: 2014-12-15
  • 招待講演
• [学会発表] drift velocity and the modulation of spin signals under spin drift in highly-doped n-type Si (2014)
  • 著者名/発表者名: 亀野 誠
  • 学会等名: 59th annual conference on magnetism and magnetic material
  • 発表場所: アメリカ/ハワイ/ホノルル
  • 年月日: 2014-11-05
• [学会発表] Spin-pumping-induced spin transport in p-Si and graphene at room temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: M. Shiraishi
  • 学会等名: APS March Meering
  • 発表場所: Denver, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Spin-pumping-induced spin transport in p-Si and graphene at room temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Shiraishi
  • 学会等名: MMM
  • 発表場所: Denver, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Dynamical spin injection and spin transport in Si and Ge at room temperature (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Shiraishi
  • 学会等名: SPIE, Spintronics VI
  • 発表場所: San Diego, USA
  • 招待講演
• [学会発表] Group-IV Spintronics (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Shiraishi
  • 学会等名: SSDM 2013
  • 発表場所: Hakata, Japan
  • 招待講演