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本研究では、軽元素で構成されているため優れたスピン伝導特性が予想され、かつ量子機能を発現する様々な局在スピンをホストする半導体である炭化ケイ素（SiC）において、局在スピンと伝導電子スピンの機能を融合した新奇スピントロニクスデバイスの創出を目指している。本研究では、SiCへの電気的スピン注入、および伝導スピンと相互作用した局在スピンの電気的な検出の実現を目指し、そのための基盤・要素技術について研究を行った。
SiCへの電気的なスピン注入を実証する上で、非局所スピンバルブデバイスによるスピン伝導特性の測定が重要である。本デバイスをSiCで実現するためには、偏極スピン源となる強磁性電極と難加工性のSiCの双方を、ナノスケールで整合して加工する必要がある。本研究では、電子線リソグラフィ、反応性イオンエッチング、イオンミリングなどのナノ加工プロセスを総合的に研究することで、ナノスケール強磁性材料電極とSiCのデバイス領域を高精度に整合加工することに成功した。本技術は、SiCを用いたスピン注入デバイスの実現に向けた重要な成果である。
局在スピンの電気的検出の研究においては、マイクロメートルスケールと想定されるスピン拡散長と同程度の距離スケールの現象を検出するため、局所領域の局在スピンの電気的検出技術の研究を行った。顕微鏡下のレーザー照射でSiC中のシリコン空孔から発生する光電流を高分解能に測定することにより、Si空孔スピンと超微細結合した微小領域の29Si核スピンの磁気共鳴信号を電気的にかつ室温にて観測することに成功した。これらの研究によって、スピントロニクスと量子スピン技術を融合するための研究基盤構築を大きく前進させることができた。
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