| 研究課題/領域番号 |
25246019
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
白石 誠司 京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (30397682)
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| 研究分担者 |
安藤 裕一郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 助教 (50618361)
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| 研究期間 (年度) |
2013-05-31 – 2016-03-31
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| キーワード | シリコン / 純スピン流 / スピントロニクス / スピンドリフト |
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| 研究概要 |
平成25年度は以下の成果を挙げるに至った。
(1)動力学的手法ように世界初のp型シリコン中の純スピン流輸送の実現と、縮退p型シリコン中でのスピンコヒーレンスの測定。(2)同様の手法を用いた、非縮退p型シリコン中の純スピン流輸送の観測の成功(2)縮退n型シリコンにおけるスピンドリフト速度の定量的評価とモデル計算手法の確立。
(1)については従来より希求されていた効果を世界に先駆けて成功・発表できたということで読売新聞や日刊工業新聞などでも大々的に取り上げられ、また多くの国際会議から招待講演依頼を受けるなど反響も大きかった。(2)については、ドーピング濃度を1e17(cm-3)台まで下げた試料においても室温で純スピン流輸送に起因する信号を観測しており、非縮退半導体における動力学的スピン輸送の実現、という意味で非常に意義深い成果である。(3)については半導体中のスピン輸送において従来から知られていた拡散伝導に加え、電気的スピン輸送手法では多くの局面で顔をだすスピンドリフト効果を実験的に観測できる実験手法を確立し、モデル計算手法の確立と合わせて定量的にスピンドリフト速度を求めることに成功した、という意義だけでなく、従来このような精密な議論なく汎用されていたいわゆる非局所3端子法で得られる実験結果の解析に大きな疑問を投げかけることが出来た、という意味でも意義深い成果である。この一連の成果は今後のシリコンスピンデバイス設計指針を与えるために非常に重要な知見を確立したことを意味しており、半導体エレクトロニクスの勃興期に行われたショックレー＝ハインズ実験のスピン版のデモンストレーションとしても重要な意味を持つ成果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
目標としていた動力学的手法による純スピン流輸送の成果をPhysical Review Letter誌に掲載することができ、本研究領域に大きなインパクトを与えることが出来た。さらにこの手法を用いて非縮退領域のシリコンにおける純スピン流輸送を実現できたことは予想を超える成果である。
電気的手法によるシリコン中の純スピン流輸送については、これまでやや混沌としてたスピン信号のバイアス依存性の問題を非常に精密な実験とモデル計算により、非常にクリアに説明できる物理的基盤を構築し、背景の学理を理解することができた。これは基礎科学としての意義だけでなく、応用面でシリコンスピンデバイスの設計指針を確立するための強力なツールを手にしたことになり、その意味で予想を上回る、インパクトある成果である。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は電気的手法による非縮退半導体領域にあるシリコンにおける純スピン流輸送を実現することを第一の目標として設定し、研究を進める。さらにこの目標の達成によりゲート電圧印加によるスピン信号の変調にも挑戦し、プロトティピカルなシリコンスピンMOSFETの基礎動作の実現を狙う。
また熱的なスピン輸送とスピン蓄積というスピンカロリトロニックな効果の検証については、熱解析ソフトのインストールに終了したほか、スピンカロリトロニクスにおける基礎理論の検証をほぼ終えた状態であり、これまで我々の実験結果の中で唯一物理的起源が不明であった線幅の広いHanle信号の起源を、このスピンカロリトロニックな効果で説明できないかどうか、モデル計算を開始しながら、シリコンにおける熱流とスピン流の統一的理解を目指す。
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