スピン偏極電流制御デバイス

2010 年度 研究成果報告書

• 研究領域: スピン流の創出と制御
• 研究課題/領域番号: 19048018
• 研究種目: 特定領域研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30192636)
• 研究分担者: 大矢 忍 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (20401143)
• 連携研究者: 吉田 博 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 教授 (30133929) ; 佐藤 和則 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (60379097)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2010
• キーワード: スピン流デバイス

研究概要

従来の半導体デバイスや集積回路では持ち得なかった「不揮発性」と「再構成可能性」の機能をもつ材料とデバイス、特にスピン偏極電流制御デバイスを実現する。半導体材料あるいはデバイス構造中に磁性元素や強磁性材料を構成要素として取り込み、キャリアの電荷輸送に加えてスピン自由度、特に「スピン偏極電流」を活用する新しい機能材料やデバイスをつくる。具体的には、1)III-V族半導体をベースとした接合型スピントランジスタ、2)IV族半導体をベースとしたMOSFET型のスピンデバイス、3)磁性金属微粒子と半導体からなる複合構造をベースとした単電子スピントランジスタの材料プロセス基盤技術を確立し、素子を試作実現する。

研究成果

• [雑誌論文] Nearly non-magnetic valence band of the ferromagnetic semiconductor GaMnAs (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, Kenta Takata, M.Tanaka
  • 雑誌名: Nature Physics 7 ページ: 342-347
• [雑誌論文] Phase decomposition diagram of magnetic alloy semiconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Shinsuke Yada, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 109 ページ: 073919-1-"073919-9"
• [雑誌論文] Single-Crystalline Ferromagnetic Alloy Semiconductor Ge_<1-x>Mn_x Grown on Ge (111) (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Yada, Ryohei Okazaki, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Express 3 ページ: 123002-1-"123002-3"
• [雑誌論文] Magnetoresistance of a Spin Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor with Ferromagnetic MnAs Source and Drain Contacts (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Nakane, T.Harada, K.Sugiura, S.Sugahara, M.Tanaka
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 49 ページ: 113001-1-"113001-3"
• [雑誌論文] Long spin-relaxation time in a single metal nanoparticle (2010)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 5 ページ: 593-596
• [雑誌論文] Valence-Band Structure of the Ferromagnetic Semiconductor GaMnAs Studied by Spin-Dependent Resonant Tunneling Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Ohya, Iriya Muneta, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 104 ページ: 167204-1-"167204-4"
• [雑誌論文] Quantum-level control in a III-V-based ferromagnetic-semiconductor heterostructure with a GaMnAs quantum well and double barriers (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Ohya, Iriya Muneta, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 96 ページ: 052505-1-"052505-3"
• [雑誌論文] Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E.Barnes, Sadamichi Maekawa
  • 雑誌名: Nature 458 ページ: 489-492
• [雑誌論文] Computational nano-materials design for the wide band-gap and high-Tc semiconductor spintronics (2008)
  • 著者名/発表者名: H.Katayama-Yoshida, K.Sato, T.Fukushima, M.Toyoda, H.Kizaki, V.A.Dinh
  • 雑誌名: Semiconductors and Semimetals 82 ページ: 433-454
• [雑誌論文] Nature of magnetic coupling between Mn ions in as-grown Ga1-xMnxAs studied by x-ray magnetic circular dichroism (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Takeda, M.Kobayashi, T.Okane, T.Ohkochi, J.Okamoto, Y.Saitoh, K.Kobayashi, H.Yamagami, A.Fujimori, A.Tanaka, J.Okabayashi, M.Oshima, S.Ohya, P.N.Hai, M.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 100 ページ: 247202
• [雑誌論文] Spin valve effect by ballistic transport in ferromagnetic metal(MnAs)/semiconductor (GaAs) hybrid heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Yusuke Sakata, Masafumi Yokoyama, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 77 ページ: 214435-1-"214435-6"
• [雑誌論文] Spin-dependent transport properties in GaMnAs-based spin hot-carrier transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Mizuno, S.Ohya, P.N.Hai, M.Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: 162505-1-"162505-3"
• [雑誌論文] Quantum-size effect and tunneling magnetoresistance in ferromagnetic-semiconductor quantum heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, P.N.Hai, Y.Mizuno, M.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 75 ページ: 155328-1-"155328-6"
• [雑誌論文] Metal-Oxide-Semiconductor Based Spin Devices for Reconfigurable Logic (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, S.Sugahara
  • 雑誌名: Invited paper in the Special Issue on Spintronics, IEEE Transactions on Electron Devices Vol.54(Invited paper) ページ: 961-976
• [雑誌論文] Reconfigurable Logic Gates Using Single Electron Spin Transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, S.Sugahara, M.Tanaka
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46 ページ: 6579-6585
• [雑誌論文] Design of colossal solubility of magnetic impurities for semiconductor spintronics by the co-doping method (2007)
  • 著者名/発表者名: K.Sato, H.Katayama-Yoshida
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46 ページ: L1120-L1122
• [学会発表] Properties and functionalities of MnAs-nanoparticle/III-V-semiconductor hybrid structures : Spin transport, magnetoresistance, and electromotive force (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Tanaka
  • 学会等名: IEEE 7th International Symposium on Metallic Multilayers
  • 発表場所: Berkeley, USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Spin dependent transport in III-V magnetic heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka
  • 学会等名: Spintronics 2008, Spin Sensing and Devices, SPIE Optics & Photonics Symposium
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 20080810-20080814
• [図書] Spintronic Devices Based on Semiconductors(Comprehensive Semiconductor Science and Technology)Vol.6 (2011)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Tanaka, Shinobu Ohya
  • 総ページ数: 540-562
  • 出版者: Elsevier (Amsterdam)
• [図書] III-V and Group-IV Based Ferromagnetic Semiconductors for Spintronics(Comprehensive Nanoscience and Technology)Vol.4 (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, S.Ohya, Y.Shuto, S.Yada, S. Sugahara
  • 総ページ数: 447-462
  • 出版者: Academic Press (Oxford)
• [図書] Properties and Functionalities of MnAs/III-V Hybrid and Composite Structures(Chapter 11 in Semiconductors and Semimetals)Volume 82 (2008)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Tanaka, Masafumi Yokoyama, Pham Nam Hai, Shinobu Ohya
  • 総ページ数: 455-485
  • 出版者: Elsevier
• [図書] TMR in Semiconductors(Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials)Vol.5 (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, M.Tanaka
  • 総ページ数: 3064
  • 出版者: Spintronics and Magnetoelectronics, John Wiley & Sons Ltd.(Chichester, UK)
• [図書] Proceedings of the 4th International Conference on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors(Special Issure of physica status solidi) (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, K.M.Itoh, S.Katsumoto, M.Shirai, H.Munekata.
  • 出版者: Wiley VCH
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/coe/english/achievements/report01.html
• [備考] 受賞
• [備考] 40th International Conference on Solid State Devices and Materials (SSDM2008) Young Researcher Award、Pham Nam Hai 2009年9月 41st SSDMにて受賞式
• [備考] 東京大学総長賞、総長特別賞、東京大学工学系研究科長賞・最優秀賞 ファムナムハイ 2009年3月23日 「Spin dependent transport phenomena in III-V semiconductor heterostructures with ferromagnetic MnAs nano-scale particles」に関する一連の研究業績に対して
• [備考] 応用物理学会講演奨励賞、大矢忍、2007年3月
• [備考] 第3回日本学術振興会賞 田中雅明、2007年3月
• [備考] 第20回先端技術大賞(学生部門最優秀賞) ファムナムハイ、2006年7月
• [産業財産権] 論理回路および単電子スピントランジスタ (2010)
  • 発明者名: ファムナムハイ, 菅原聡, 田中雅明
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 特許,特許第4574675号
  • 取得年月日: 2010-08-27
• [産業財産権] 磁気-電気のエネルギー変換装置、起電力発生装置、および磁気センサー装置 (2009)
  • 発明者名: ファムナムハイ、大矢忍、田中雅明、Stewart E.Barnes、前川禎通
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 特許,61/158128
  • 出願年月日: 2009-03-07