完全スピン偏極ゼロギャップ半導体の創製とスピンデバイス応用

2016 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15K13335
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 植田 研二 名古屋大学, 工学研究科, 准教授 (10393737)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2017-03-31
• キーワード: スピンギャップレス半導体 / ホイスラー / Mn2CoAl

研究実績の概要

本年度は前年度に得られた結果を参考に、スピンギャップレス半導体として最も有望な材料であるMn2CoAl（MCA）のバンド構造に関する直接的情報を得る試みを行った。まず、角度分解光電子分光測定を用いMCAのバンド構造を得る試みを行ったが光電子分光で対象となる最表面の試料品質が十分でなく、バンド構造の直接観測ができなかった。原因として、スパッタ法によるMCA薄膜の作製の際のプラズマダメージを考えられるが、この表面劣化は製膜手法そのものに由来するものである為改善は容易ではないと判断し、電気特性からMCAのバンド構造に関する情報を得ることとした。
そこでギャップレス半導体として既に確立した材料であるグラフェンを参考に、FET構造を用いた電界効果測定からギャップレス半導体に特有の両極性を確認し、MCAのバンド構造について議論する事とした。我々はグラフェンに関する研究も行っており（2報の論文発表）、既にこれらの電界効果測定技術を有している。MCAを用いたサイドゲート型FET構造を作製し電界効果測定を行ったが、大きなキャリアを誘起できるイオン液体（DEME-TFSI）をゲート絶縁層とした。ゲート電圧（VG）の印加によりMCAの電気伝導性、キャリア量や移動度は系統的に変化し、VG= 0.6V付近でpからnへのキャリア型の変化（両極性）と電気伝導度が最小となる事を確認した。これらはギャップレス半導体特有の現象であり、MCAがギャップレス半導体となっている事を意味している（論文投稿中）。磁化測定等からこのMCA薄膜がフェリ磁性体（＝有限のスピン偏極）である為、MCA薄膜はスピン偏極したギャップレス半導体であると思われる。また、これらの結果は、MCAがゲートバイアス印加によりスピン偏極したホール又は電子の供給が可能な新規スピン注入源として有望である事を示唆している。

研究成果

• [国際共同研究] Johannes Gutenberg-Universitat Mainz(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: Johannes Gutenberg-Universitat Mainz
• [雑誌論文] Photo-controllable memristive behavior of graphene/diamond heterojunctions (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ueda, S. Aichi, and H. Asano
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 108 ページ: 222102-1-5
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4953200
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetization reversal of the domain structure in the anti-perovskite nitride Co3FeN investigated by high-resolution X-ray microscopy (2016)
  • 著者名/発表者名: T. Hajiri, S. Finizio, M. Vafaee, Y. Kuroki, H. Ando, H. Sakakibara, A. Kleibert, L. Howald, F. Kronast, K. Ueda, H. Asano, and M. Klaui
  • 雑誌名: Journal of Applied Physics 巻: 119 ページ: 183901-1-6
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4948699
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 反強磁性絶縁体SmFeO3を用いたマルチフェロイック積層膜の作成と評価 (2017)
  • 著者名/発表者名: 黒田 基規、棚橋 直也、羽尻 哲也、植田 研二、浅野 秀文
  • 学会等名: 第64回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2017-03-14 – 2017-03-17
• [学会発表] Unusual magnetoresistance in heusler compounds antiferromagnet/ferromagnet bilayers (2016)
  • 著者名/発表者名: M. Matsushita, T. Hajiri, K. Ueda and H. Asano
  • 学会等名: MMM2016
  • 発表場所: ニューオリンズ、アメリカ
  • 年月日: 2016-10-31 – 2016-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] K. Ueda, S.Tanaka, and H. Asano (2016)
  • 著者名/発表者名: Fabrication of graphene/diamond heterojunctions and their electronic properties
  • 学会等名: SSDM2016
  • 発表場所: 横浜
  • 年月日: 2016-09-26 – 2016-09-29
  • 国際学会
• [学会発表] 逆ペロブスカイト窒化物Co3FeN/Mn3GaNヘテロ接合の作製と交換結合特性 (2016)
  • 著者名/発表者名: 黒木庸次，安藤弘紀，羽尻哲也，植田研二，浅野秀文
  • 学会等名: 第77回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] 窒素組成制御したMn3GaN薄膜の作製と評価 (2016)
  • 著者名/発表者名: ソジョンミン，羽尻哲也，植田研二，浅野秀文
  • 学会等名: 第77回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] グラフェン／ダイヤモンド接合における光・熱誘起伝導度変化 (2016)
  • 著者名/発表者名: 植田研二，浅野秀文
  • 学会等名: 第77回 応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2016-09-13 – 2016-09-16
• [学会発表] Photo and/or heat induced large conductivity change in graphene/diamond heterojunctions (2016)
  • 著者名/発表者名: K. Ueda, S.Aichi, and H. Asano
  • 学会等名: ICDCM2016
  • 発表場所: モンペリエ、フランス
  • 年月日: 2016-09-04 – 2016-09-08
  • 国際学会
• [備考] 個人用ホームページ
  • URL: http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/F5/k-ueda/index.htm
• [備考] 研究室ホームページ
  • URL: http://www.numse.nagoya-u.ac.jp/F5/
• [備考] 名古屋大学教員プロフィール
  • URL: http://profs.provost.nagoya-u.ac.jp/view/html/100002231_ja.html