リコンフィギャラブル・ナノスピンデバイス

2010 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 18106007
• 研究種目: 基盤研究(S)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 電子デバイス・電子機器
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 田中 雅明 東京大学, 大学院・工学系研究科, 教授 (30192636)
• 研究分担者: 大矢 忍 東京大学, 大学院・工学系研究科, 准教授 (20401143)
• 連携研究者: 菅原 聡 東京工業大学, 大学院・総合理工学研究科, 准教授 (40282842) ; 中根 了昌 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特任講師 (50422332) ; ファム ナム ハイ 東京大学, 大学院・工学系研究科, 特任助教 (50571717)
• 研究期間 (年度): 2006 – 2010
• キーワード: スピンデバイス

研究概要

本研究では、従来の半導体デバイスでは不可能であったリコンフィギャラブルな機能をもつナノスピンデバイスの基盤技術を開発することを目指した。スピン自由度を有する新しい半導体デバイス構造を提案し、柔軟な情報処理機能、すなわちハードウェアを作製した後で機能を再構成(書き換える)することが可能(リコンフィギャラブル)な半導体デバイスを試作し、その動作原理を示した。スピン機能材料の研究開発を行うとともに、大きく分けて次の3タイプのスピンデバイス;(1)IV族半導体をベースとしたMOSFET型(プレーナ型)のスピンデバイス、(2)III-V族半導体をベースとした接合型スピントランジスタ、(3)磁性金属微粒子と半導体からなる複合構造をベースとした単電子スピントランジスタを作製し、その動作原理を示した。

研究成果

• [雑誌論文] Nearly non-magnetic valence band of the ferromagnetic semiconductor GaMnAs (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, Kenta Takata, M.Tanaka
  • 雑誌名: Nature Physics 7 ページ: 342-347
• [雑誌論文] Phase decomposition diagram of magnetic alloy semiconductor (2011)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Shinsuke Yada, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: J.Appl.Phys. 109 ページ: "073919-1"-"073919-9"
• [雑誌論文] Single-Crystalline Ferromagnetic Alloy Semiconductor Ge_<1-x>Mn_x Grown on Ge (111) (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Yada, Ryohei Okazaki, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Applied Physics Express 3 ページ: "123002-1"-"123002-3"
• [雑誌論文] Magnetoresistance of a Spin Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor with Ferromagnetic MnAs Source and Drain Contacts (2010)
  • 著者名/発表者名: R.Nakane, T.Harada, K.Sugiura, S.Sugahara, M.Tanaka
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 49 ページ: "113001-1"-"113001-3"
• [雑誌論文] Long spin-relaxation time in a single metal nanoparticle (2010)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Nature Nanotechnology 5 ページ: 593-596
• [雑誌論文] Valence-Band Structure of the Ferromagnetic Semiconductor GaMnAs Studied by Spin-Dependent Resonant Tunneling Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Ohya, Iriya Muneta, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 104 ページ: "167204-1"-"167204-4"
• [雑誌論文] Quantum-level control in a III-V-based ferromagnetic-semiconductor heterostructure with a GaMnAs quantum well and double barriers (2010)
  • 著者名/発表者名: Shinobu Ohya, Iriya Muneta, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 96 ページ: "052505-1"-"052505-3"
• [雑誌論文] Electromotive force and huge magnetoresistance in magnetic tunnel junctions (2009)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Stewart E.Barnes, Sadamichi Maekawa
  • 雑誌名: Nature 458 ページ: 489-492
• [雑誌論文] Nature of magnetic coupling between Mn ions in as-grown Ga1-xMnxAs studied by x-ray magnetic circular dichroism (2008)
  • 著者名/発表者名: Y.Takeda, M.Kobayashi, T.Okane, T.Ohkochi, J.Okamoto, Y.Saitoh, K.Kobayashi, H.Yamagami, A.Fujimori, A.Tanaka, J.Okabayashi, M.Oshima, S.Ohya, P.N.Hai, M.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.Lett. 100 ページ: 247202
• [雑誌論文] Spin valve effect by ballistic transport in ferromagnetic metal(MnAs)/semiconductor (GaAs) hybrid heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, Yusuke Sakata, Masafumi Yokoyama, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev.B 77 ページ: "214435-1"-"214435-6"
• [雑誌論文] Spin-dependent transport properties in GaMnAs-based spin hot-carrier transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Y.Mizuno, S.Ohya, P.N.Hai, M.Tanaka
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 90 ページ: "162505-1"-"162505-3"
• [雑誌論文] Quantum-size effect and tunneling magnetoresistance in ferromagnetic-semiconductor quantum heterostructures (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, P.N.Hai, Y.Mizuno, M.Tanaka
  • 雑誌名: Phys.Rev. B75 ページ: "155328-1"-"155328-6"
• [雑誌論文] Metal-Oxide-Semiconductor Based Spin Devices for Reconfigurable Logic (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, S.Sugahara
  • 雑誌名: Invited paper in the Special Issue on Spintronics, IEEE Transactions on Electron Devices Vol.54(Invited paper) ページ: 961-976
• [雑誌論文] Reconfigurable Logic Gates Using Single Electron Spin Transistors (2007)
  • 著者名/発表者名: Pham Nam Hai, S.Sugahara, M.Tanaka,
  • 雑誌名: Jpn.J.Appl.Phys. 46 ページ: 6579-6585
• [学会発表] Properties and functionalities of MnAs-nanoparticle/III-V-semiconductor hybrid structures : Spin transport, magnetoresistance, and electromotive force (2010)
  • 著者名/発表者名: Masaaki Tanaka
  • 学会等名: IEEE 7th International Symposium on Metallic Multilayers (MML2010)(plenary)
  • 発表場所: Berkeley, USA
  • 年月日: 20100919-20100924
• [学会発表] Spin dependent transport in III-V magnetic heterostructures (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka
  • 学会等名: Spintronics 2008, Spin Sensing and Devices, SPIE Optics & Photonics Symposium(Keynote presentation)
  • 発表場所: San Diego
  • 年月日: 20080810-20080814
• [図書] Comprehensive Semiconductor Science and Technology, Vol.6(Spintronic Devices Based on Semiconductors) (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, Shinobu Ohya
  • 総ページ数: 540-562
  • 出版者: Elsevier (Amsterdam)
• [図書] Comprehensive Nanoscience and Technology, Vol.4(III-V and Group-IV Based Ferromagnetic Semiconductors for Spintronics) (2011)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, S.Ohya, Y.Shuto, S.Yada, S.Sugahara
  • 総ページ数: 447-462
  • 出版者: Academic Press (Oxford)
• [図書] スピントロニクスの基礎と材料・応用技術の最前線(強磁性半導体ヘテロ構造-スピン依存トンネル現象を中心に-) (2009)
  • 著者名/発表者名: 田中雅明
  • 出版者: CMC出版
• [図書] Chapter 11 Semiconductors and Semimetals, Volume 82(Properties and Functionalities of MnAs/III-V Hybrid and Composite Structures) (2008)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, Masafumi Yokoyama, Pham Nam Hai, Shinobu Ohya
  • 総ページ数: 455-485
  • 出版者: Elsevier
• [図書] 物質材料分野俯瞰ワークショップ報告書(「スピントロニクス関連半導体材料」) (2008)
  • 著者名/発表者名: 田中雅明
  • 出版者: 科学技術振興機構研究開発戦略センター
• [図書] Handbook of Magnetism and Advanced Magnetic Materials, Vol.5 Spintronics and Magnetoelectronics(TMR in Semiconductors) (2007)
  • 著者名/発表者名: S.Ohya, M.Tanaka
  • 総ページ数: 3064
  • 出版者: John Wiley, Sons Ltd.(Chichester, UK)
• [図書] Proceedings of the 4th International Conference on the Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors(Special Issure of physica status solidi) (2007)
  • 著者名/発表者名: M.Tanaka, K.M.Itoh, S.Katsumoto, M.Shirai, H.Munekata
  • 出版者: Wiley VCHedited
• [備考] ホームページ等
  • URL: http://www.cryst.t.u-tokyo.ac.jp/
• [備考]
  • URL: http://www.youtube.com/watch?v=d6FoISeLR3k
• [備考]
  • URL: http://www.u-tokyo.ac.jp/coe/english/achievements/report01.html
• [産業財産権] 論理回路および単電子スピントランジスタ (2010)
  • 発明者名: ファムナムハイ, 菅原聡, 田中雅明
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 特許・特許,第4574675号
  • 出願年月日: 2010-08-27
• [産業財産権] 論理回路および単電子スピントランジスタ (2010)
  • 発明者名: ファムナムハイ, 菅原聡, 田中雅明
  • 権利者名: 科学技術振興機構
  • 産業財産権番号: 特許・特許,第4574675号
  • 出願年月日: 2010-08-27
  • 外国
• [産業財産権] 磁気-電気のエネルギー変換装置、起電力発生装置、および磁気センサー装置 (2009)
  • 発明者名: ファムナムハイ、大矢忍、田中雅明、Stewart E.Barnes、前川禎通
  • 権利者名: 東京大学
  • 産業財産権番号: 特許・61/158128
  • 出願年月日: 2009-03-07