| 研究課題/領域番号 |
26249039
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
大矢 忍 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (20401143)
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| 研究期間 (年度) |
2014-04-01 – 2018-03-31
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| キーワード | 分子線エピタキシー / 強磁性半導体 / ペロブスカイト酸化物 / トンネル磁気抵抗効果 / スピントランジスタ |
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| 研究実績の概要 |
本研究では、強磁性半導体および酸化物からなるヘテロ構造デバイスを作製し、これらの材料系における新たなスピン依存伝導に関する知見を得ることにより、縦型スピン電界効果トランジスタ(MOSFET)などの新たなデバイスの基礎動作の実証を目指している。当初計画により平成２７年度は（１）強磁性半導体デバイスについては、動作温度向上に向けた高品質結晶作製への試み、新材料の開拓とデバイス応用、（２）酸化物デバイスについては、酸化物薄膜作製、評価、強磁性酸化物磁気トンネル接合の実現等を行うことを検討していた。
（１）については、強磁性半導体GaMnAsを用いた縦型スピンMOSFETを作製し、電界効果による電流変調と従来の横型スピンMOSFETの100-1000倍程度の大きな磁気抵抗効果を実現することに世界で初めて成功した。また、強磁性半導体GeFeにおいて、X線磁気円二色性の実験を系統的に行うことにより、室温においても局所的に強磁性領域が存在していることを初めて明らかにした。材料の面では、強磁性半導体GaMnAsにおいて、Mn濃度が1%を超えて強磁性転移が起こると、価電子帯のオーダーと正孔のコヒーレンシーが回復する現象を初めて観測した。これは、従来の固体物性の理解では説明しえない現象であり、強磁性転移によって引き起こされる特殊な現象であると考えられる。これは予想外の成果であった。（２）に関しては、室温で強磁性を示すLaSrMnO3と、LaMnO3をトンネル障壁として有する磁気トンネル接合を作製し、トンネル磁気抵抗効果(TMR)を観測することに初めて成功した。この材料の組み合わせでは世界で初めての結果である。TMRの符号は負であり、この原因を解明する必要がある。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究テーマである強磁性半導体および酸化物を用いた縦型スピンMOSFETの研究は、両材料系とも概ね計画通り進んでいる。新しい強磁性半導体であるGeFeで観測される磁気秩序に関する理解も着実に進んでおり、室温で局所的強磁性が観測されるなど大きな進展があった。酸化物を用いたデバイスの研究については、研究計画段階では様々な困難を予想していたが、研究で用いる材料系の結晶成長が良好に行えることが分かり、トンネル磁気抵抗効果も観測され始めてきた。強磁性半導体に関しては価電子帯オーダーの回復という、基礎物理における新たな発見があり、予想外の大きな進展があった。
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| 今後の研究の推進方策 |
引き続き、強磁性半導体および酸化物ヘテロ構造を用いた縦型スピンMOSFETデバイスの作製およびスピン依存伝導物理の解明を進めていく。現在のデバイスは、まだ素子サイズが大きいため、今後さらに微細化を進めていく。このような研究は世界的にも類がなく、ゲート印加による新たな物理現象が見られると期待している。平成２７年度には、強磁性半導体の基礎物理における新たな発見がいくつかあったため、今後も、これらのデバイスの基礎特性に注目して、良く解析することにより新たな発見が期待される。酸化物材料系に関しては、まだ材料開拓も始まったばかりであるため、様々な材料系を作製し、良質なトンネル障壁材料を探索すると同時に、強磁性体に対して障壁高さが低い材料系を探索し、ゲート印加による電流制御を試みたい。酸化物デバイスについても、素子の微細化も進めていき、より大きな信号が得られるよう、成長条件の最適化も含めて様々な側面から検討を進めていく。
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