| 研究概要 |
① N型強磁性半導体(In,Fe)Asの電気的な磁性制御 : (In,Fe)Asの強磁性はキャリア電子と局在スピンの相互作用によって誘起されると考えられる。このため、トランジスタ構造においてキャリア特性を制御することによって磁性を温度一定のまま制御することが原理的に可能である。この機能により、不揮発性論理デバイスに用いるなど、この材料の様々な応用が可能となる。今年度は(In,Fe)Asにおいて電気的手段による磁性制御に成功した。N型強磁性半導体(In,Fe)As超薄膜を含む三層量子井戸構造InAs/(In,Fe)As (6%Fe)/InAsをAlSbバッファーの上に作製した。電界液を用いて(In,Fe)Asの電気一二重層トランジスタを作製し、ゲート電圧によって量子井戸の全体電子濃度と、電子濃度分布を決める波動関数を制御できた。波動関数を制御することによって大きなTcの化(変化率42%)を実現した。さらに、zener平均場理論を用いて実験結果を定量的に説明できた。同理論よれば(In,Fe)Asは大きなs-d交換相互作用エネルギーがあり、電子濃度を十分に上げられればさらに高温で強磁性になる可能性が高いこともわかった。
② N型強磁性半導体(In,Fe)As超薄膜の歪、量子サイズ効果および磁性の相互作用の研究 : N型強磁性半導体(In,Fe)As超薄膜にAlSb, GaSb, InGaAsバッファー層の上に成長し、(In,Fe)AS結晶に歪をかけることが出来る。さらに(In,Fe)Asの電子に対してバッファー層の伝導帯がポテンシャル障壁になる場合、量子サイズ効果が起きて(In,Fe)Asの電子状熊を量子化する。上記の2つの現象は(In,Fe)Asのエネルギーバンド構造を変化させるため、強磁性にも大きな影響を与える。この研究ではその3つの要素(ひずみ、量子サイズ効果、磁性)の関連を調べた。円二色性測定スペクトルからバンド構造が制御されたことを確認し、キュリー温度もひずみと量子サイズ効果によって変化した。また、磁性の変化はZener平均場理論によって良く説明できることも分かった。
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| 今後の研究の推進方策 |
(In,Fe)ASに関して、伝導帯下端のスピン分裂構造を(In,Fe)As/GaSbのスピンZenerダイオード構造で観測、分析する。それから全強磁性pn接合(In,Fe)As/(In,Mn)Asあるいは(In,Fe)As/(GaMn)Sbを作製し磁化依存伝導特性を実現。同時に、(In,Fe)Asの成長条件、構造を工夫しキュリー温度を出来るだけ増大させることと異方性の制御を目指す。一方、(Ga,Fe)Sb, (Al,Fe)Sbなど新しいFeベース磁性半導体も作製し、特性を調べる。もしこれらの物質も強磁性半導体になれれば、それぞれの組み合わせを用いてスピンデバイスの実現を目指す。まず実現したい構造として(In,Fe)AS/(Ga,Fe)Sb/InAsのスピンバイポーラトランジスタがある。
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