2020 年度研究成果報告書

量子伝導によるスピントランジスタの性能限界の打破

研究課題

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研究課題/領域番号	18H01492
研究種目	基盤研究(B)
配分区分	補助金
応募区分	一般
審査区分	小区分21060:電子デバイスおよび電子機器関連
研究機関	東京工業大学
研究代表者	PHAM NAM・HAI 東京工業大学, 工学院, 准教授 (50571717)
研究期間 (年度)	2018-04-01 – 2021-03-31
キーワード	スピントランジスタ / スピンバルブ / 量子伝導
研究成果の概要	本研究では、ナノスケール半導体チャネルにおける量子伝導によるスピン輸送を用いることにより、強磁性金属/半導体界面における伝導率不整合の問題を根本的に解決することを目指した。Fe/(Mg)/MgO/Geのスピン注入・検出源および20 nmのナノスケールSiチャネルからなるスピンバルブ構造において、世界最高の-3.6%のスピンバルブ比および25 mVのスピン依存出力電圧を達成した。また、超高真空一貫でエピタキシャル結晶成長できるMnGa/GaAs/MnGaのナノチャネルIII-V族半導体スピンバルブ構造を作製し、世界最高の12%のスピンバルブ比および33 mVのスピン依存出力電圧を達成した。
自由記述の分野	スピントロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	従来のスピントランジスタの研究では、半導体のチャネル長がマイクロメートル台と長いため、拡散伝導によるスピン輸送が行われた。そのため、磁性電極と半導体チャネルとの界面に伝導率不整合が発生し、スピン変換電圧がマイクロボルト台しか観測できず、デバイス応用に必要な電圧変化および磁気抵抗比が得られていない。本研究では、ナノスケール半導体チャネルにおける量子伝導によるスピン輸送を用いることにより、強磁性金属/半導体界面における伝導率不整合の問題を根本的に解決できることを実証し、高性能なスピントランジスタを実現できることを示し、超低消費電力コンピューティングの基盤技術を提供する。