半導体ナノスピントロニクス

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14076103
• 研究機関: 東京工業大学
• 研究代表者: 宗片 比呂夫 東京工業大学, 大学院・理工学研究科, 教授 (60270922)
• 研究分担者: 白井 正文 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (70221306) ; 勝本 信吾 東京大学, 物性研究所, 助教授 (10185829) ; 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 助教授 (30192636) ; 大野 英男 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00152215) ; 伊藤 公平 慶応義塾大学, 理工学部, 助教授 (30276414)
• キーワード: スピントロニクス / 磁性半導体 / スピン依存光物性 / スピン依存電気伝導 / キャリア誘起磁性 / ナノ構造 / 量子情報処理 / 磁性体・半導体複合構造

研究概要

本研究は、既存デバイス・システムの限界をスピンの自由度によって打破し、ナノ空問領域の物性制御とデバイス化を達成しようとするもので、これからの高度情報化社会を支える基盤技術づくりをめざすという点で、基礎と応用の両面において大きな意義を持つ。スピンの生成、注入、輸送、蓄積、操作、検出、の2つ以上を連携させて、スピンを用いることで初めて達成可能な機能を備えた半導体ナノスピントロニクスデバイスの試作を行うことを究極の目標とし、半導体、磁性、量子物性、結晶工学、計算物理の研究を有機的に結び付けて、(1)各過程の制御に適した光学的、電気的、磁気的手法を開拓し、(2)各過程が効率的に連携した半導体ナノスピントロニクス構造の設計と作製法を確立し、(3)スピンの光学的・電子的機能ならびにスピンによる量子演算の可能性を明らかにすること、などを目的として初年度の研究を開始した。
具体的には、5つの研究項目、すなわち、A01.光-スピントロニクスデバイス、A02.電子-スピントロニクスデバイス、A03.スピントロニクス量子操作、A04.スピントロニクス物性、A05.スピントロニクスデバイス・デザインを設けて「計画研究」19件を開始した。平成15年1月27、28日には平成14年度成果報告会(公開)を東京で開催し、本年度の研究成果を領域に参加する研究者によって総合的に検討した。概要は以下のとおりである。
A01では、強磁性スピン系の光反転実験、量子ドット中のスピン緩和検出、ナノ光スピンプローブ(提案)が示された。A02では、スピン閉じ込めによるキュリー温度の増大が示され、スピン注入デバイス(提案)、不揮発性磁気メモリの高速化、ナノ複合構造の非線形磁気抵抗効果解明などに進展があった。A03では、シリコンベース量子計算機の駆動原理、スピン量子ビットの光検出法と光制御法、さらにはスピン研究用カーボンナノチューブの作製と評価が示された。A04では、2次元強磁性スピン系へのスピン注入実験、量子ドットのスピン依存発光、半導体・磁性体界面の新しい評価法、ワイドギャップ系作製と電子構造などが示された。A05では、ハーフメタル設計、スピンを介した量子ドット間相互作用とダイナミクスなどの研究に進展があった。総括班における予算執行では、計画研究遂行を補いつつ本特定領域全体の運営にあたった。

研究成果

• [文献書誌] A.Oiwa, Y.Mitsumori, R.Moriya, T.Slupinski, H.Munekata: "Effect of Optical Spin Injection on Ferrmagnetically Coupled Mn Spins in the III-V Magnetic Alloy Semiconductor (Ga, Mn)As"Physical Review Letters. 88. 137202-137205 (2002)
• [文献書誌] R.Moriya, H.Munekata: "Relation among concentrations of incorporated Mn atoms, ionized Mn acceptors, and holes in p-(Ga, Mn)As epilayers"Journal of Applied Physics. 93,April. 7 (2003)
• [文献書誌] S.Yanagi, H.Munekata, Y.Kitamoto, A.Oiwa, T.Slupinski: "Interlayer coupling in (In, Mn)As/InAs(In, Mn)As magnetic semiconductor trilayer structures"Journal of Applied Physics. 91. 7902-7905 (2002)
• [文献書誌] A.M.Nazmul, S.Sugahara, M.Tanaka: "Transport Properties of Mn delta-doped GaAs and the effect of selective doping"Applied Physics Letters. 80. 3120-3122 (2002)
• [文献書誌] T.D.Lad, F.Yamaguchi, Y.Yamamoto, E.Abe, K.M.Ito, et al.: "An All Silicon Quantum Computer"Physical Review Letters. 89. 179011-179014 (2002)
• [文献書誌] Y.Ishiwata, M.Watanabe, R.Eguchi, T.Takeuchi, S.Katsumoto, et al.: "Manganese Concentration and low-temperature annealing dependence of GaMnAs by x-ray absorption spectroscopy"Physical Review B. 65. 2332011-2332014 (2002)
• [文献書誌] "文部科学省科学研究費補助金特定領域研究「半導体ナノスピントロニクス」平成14年度研究成果報告書(研究成果報告論文)"特定領域研究「半導体ナノスピントロニクス」. 133 (2002)