狭ギャップ強磁性半導体によるスピントロニクス材料の開拓とその応用

2021 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20K20361
• 補助金の研究課題番号: 18H05345 (2018-2019)
• 研究種目: 挑戦的研究(開拓)
• 配分区分: 基金 (2020); 補助金 (2018-2019)
• 審査区分: 中区分29:応用物理物性およびその関連分野
• 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(工学部), 教授 (30192636)
• 研究期間 (年度): 2018-06-29 – 2022-03-31
• キーワード: 強磁性半導体 / スピントロニクス / 狭ギャップ半導体 / ヘテロ構造 / 分子線エピタキシー / デバイス / 磁気抵抗効果 / 電界制御

研究成果の概要

これまでの強磁性半導体の問題点をほぼすべて解決した。すなわち、1) Fe添加III-V族強磁性半導体を作製することにより、p 型とn 型の強磁性半導体を両方実現、2) キュリー温度Tcを室温より上げ、室温で強磁性を示す半導体を実現し、物性機能を最適化、機能を高度化、3) 強磁性の起源に関する統一的な理解と物質設計指針の確立、を達成した。さらに種々のヘテロ構造、デバイス構造を作製、巨大な磁気抵抗比をもつ新しい近接磁気抵抗効果を発見、その電界制御に成功、すべて強磁性半導体から成るｐｎ接合を作製するなど、将来のスピンデバイス実現の基礎となる様々な物性機能を実現、実証した。

自由記述の分野

スピントロニクス、電子材料物性、デバイス

研究成果の学術的意義や社会的意義

新しい強磁性半導体を開発し、半導体および磁性物理学、物性物理学とその応用分野の新しい境地を開いた。また本研究の成果は、不揮発性と柔軟な情報処理機能を持つスピントランジスタ、スピン依存バンド構造を用いた量子効果デバイス、トポロジカル状態を用いた機能デバイスなど、低消費電力で動作しかつ革新的な高機能デバイスの実現、につながると期待される。強磁性半導体を中心とする材料開発（"強磁性半導体のルネサンス"を起こすこと）によって、将来のニューロモルフィック・コンピューティング(NC)、モノのインターネット化(IoT), 人工知能(AI)に適したデバイスの基盤技術、将来の情報技術の一端を創ることができた。