| 研究実績の概要 |
半導体と磁性体の特性を併せ持つ希薄磁性半導体では、電場によってキャリアや磁性をコントロールすることができ、これを用いた超伝導接合では様々な現象を系統的に調べることができると期待される。本研究ではⅢ-Ⅴ族の希薄磁性半導体である(In,Fe)Asをベースとした超伝導接合を作成し、(In,Fe)As の物性の解明や、強磁性体中における新奇超伝導現象の探索を目指している。本年はNb/(In,Fe)As接合にトンネル障壁を挿入しその伝導率から(In,Fe)Asのスピン偏極率の測定すること、ゲートによる(In,Fe)Asの磁性の変調による超伝導特性の探索を目指した。
まずトンネル障壁として界面に挿入する絶縁膜にはアルミナを選択し、いくつかの手法で挿入を行った。しかし、いずれの方法で作成したNb/Al2O3/(In,Fe)As接合も全て低抵抗でオーミックな電流電圧特性を示し、加えて低温で超伝導接合の特性を示さなかった。これは形成されたAl2O3の膜質が悪いことと、Alの蒸着あるいはその後のプロセスにおいてAlが(In,Fe)AsやNbに拡散し、界面からある程度広がった範囲で超伝導コヒーレンスが失われる拡散伝導領域が形成されたためだと考えられる。
次にゲートによって超伝導接合特性を変調させることを試みた。その結果、確かに超伝導電流はゲートによって変化したがその変化は予想よりも遥かに小さかった。これはゲート電極との間隔が広く試料にあまり電場が加わっていないためだと考えられる。超伝導電流をスピン三重項と一重項の間で変化させるにはより大きな電場が必要で、ヘテロ構造の改良や、ゲート絶縁膜の高品質化と薄膜化、およびイオン液体を使うなどの改良が必要であり、改善を進めている。
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