| 研究実績の概要 |
本研究課題の目的は、磁性元素Mnをドープした極性強磁性半導体(Ge,Mn)Teにおいて、半導体やマルチフェロイクスとしての物性現象を観測し、更に誘電分極反転によるスピントロニクス特性の制御を行うことである。その一環として、電流印加による磁化反転現象の観測に成功し、スピントロニクス特性を検証した(R. Yoshimi et al., Science Advances (2018))。その中で、誘電分極反転を実現するためには、試料内のキャリヤー数が多く電気抵抗が低いために外部電界が遮蔽されてしまうことが原因であることを見出した。上記の課題を踏まえ、試料成長条件によるキャリヤ制御を試みた。分子線エピタキシーを用いて(Ge,Mn)Te薄膜を成長する際、供給する陰イオンTeと陽イオンGe,Mnの量を調整することで、試料内の欠陥生成を制御でき、最大で正孔キャリヤー濃度を2桁近く変化できることがわかった。しかしながら、最もキャリヤー数を減らした試料でも誘電分極の外部電界による反転は実現できず、引き続き研究が必要である。その際、薄膜の膜厚を更に薄くすることで強電界を印加するなどの工夫が有効である可能性がある。
また、誘電分極を有する物質に特有の物性現象として、電流の方向二色性を観測した。Mnをドープした強磁性薄膜とドープしていない非磁性薄膜の比較や、キャリヤ数の異なる試料間の比較によって、方向二色性の由来が(Ge,Mn)Teのラシュバ型スピン偏極バンドと強磁性スピン波励起との相互作用である可能性を指摘した。
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