| 研究課題/領域番号 |
16K14391
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
吉武 剛 九州大学, 総合理工学研究院, 准教授 (40284541)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | スピンバルブ / ナノダイヤモンド / スピン注入 / 局所配置 / 非局所配置 / スピン拡散長 / カーボン |
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| 研究実績の概要 |
巨大磁気抵抗(GMR)の発見以降，スピントロニクスに関する研究は，既に実用化されているハードディスクのGMRヘッドをはじめとし，飛躍的な進歩を遂げている。GMR素子やトンネル磁気抵抗(TMR)素子が，それぞれ強磁性金属/非磁性金属や強磁性金属/絶縁体の人工格子で構成されているのに対し，SiやGeなどの半導体膜へのスピン注入に関する研究が報告されている。一般的に軽元素ほどスピン相互作用が弱く，長いスピン拡散長が期待されているため，特にカーボン系材料へのスピン注入が注目を浴びている。
我々はこれまでに光電変換素子の創製へ向けた超微結晶ダイヤモンド(UNCD)の半導体物性に関する研究を行ってきた。UNCDの特徴として，①BやNの添加による伝導型の制御，②異種基板に低温成長可能，などが挙げられる。これまでの研究の知見を基盤にしてUNCD膜のスピントロニクスへの応用を目的に，UNCD膜を用いたスピンバルブ素子を作製した。
TEM観察からUNCD膜は強磁性層のFeとFeSi3層との間で層構造を保って堆積できていることがわかった。作製したスピンバルブ素子の磁化曲線から最上層のFeと最下層のFe3Si強磁性層間に，磁化の平行，反平行が実現されていることを確かめた。さらには，磁化反転に対応するMR曲線を得て，スピンバルブ素子としての動作を実証した。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
UNCD膜が強磁性層と相互拡散を起こして，積層構造の形成が困難な可能性があったが，CAPD法の低温成長のおかげで，幸いにも問題なく積層構造を形成可能であることがわかった。
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| 今後の研究の推進方策 |
初年度の結果の基づき，ミクロン～数百ミクロンサイズの一般的な横型スピンダイオードの原型を作製して，スピン流のマニピュレートを試みる．オーソドックスな方法として，まずゲート電極に歳差運動の共鳴周波数に近いGHz域の高周波電圧を印加してダイオード特性の評価を行う．別の方法として，ゲートに代わりに偏光を照射することでスピン流のマニピュレートを試み，ダイオード特性の発現を目指す．ナノダイヤモンド膜のバンドギャップは約1 eVなので可視域のレーザーを用いる．
ナノダイヤモンドの電子物性制御により，ショットキーおよびpn接合の縦型スピンダイオードを形成して，スピン流伝導に及ぼす半導体の空乏化の効果を明らかにする．縦型スピンダイオードとは，スピンバルブ膜のナノダイヤモンド層をホモpn接合化，あるいはFe3Siとナノダイヤモンド層とでショットキー障壁が立つようにナノダイヤモンドの物性をコントロールすることで得られる．この方法では明確に空乏化の有無によるスピン拡散長の違いが得られることが期待される．
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