自発的スピン分離を応用した狭ギャップ半導体反転層によるハーフメタリック状態の実現

应用自发自旋分离的窄带隙半导体反型层实现半金属态

• 批准号: 14655001
• 负责人: 陽 完治
• 金额: $ 2.05万
• 依托单位: Hokkaido University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Exploratory Research
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-14655001/
• 关键词: インジウム砒素; スピン軌道相互作用; 狭ギャップ半導体; ラシュバ振動

本研究の対象としているp型インジウム砒素の表面反転層の電子は、基板との間の電位が低バイアス時に狭ギャップ半導体を反映してバンド間遷移を起こし反転層中の電子は基板の価電子帯へトンネルする。極低温で縮退した基板のフェルミ準位を2-3meVと設定することによりこの精度で表面の2次元電子状態をトンネル分光解析できることがわかった。インジウム砒素の表面反転層における2次元電子のバンドは、その強いスピン軌道相互作用によりスピンによる縮退が解けており、その特異なエネルギー分散関係の磁場依存性を上記のトンネル分光法で観測してきた。これまでは、基板最表面に障壁層を設けたヘテロ構造で解析し、ゼロ磁場におけるスピン分離エネルギーとして19.6meVが得られた。これは、期待されたとおり、同一構造において有限磁場中でのラシュバ振動から得られた12.7meVよりもゼロ磁場でやや大きな値となっている。この結果は、ゼロ磁場中でのラシュバ効果等の特異な表面電子状態を解析する新しい手法として確立される大きな可能性を秘めた結果である。これらの結果をまとめて代表的論文誌に公表をすすめている。表面反転層に直接金属が接触したショットキー構造においてもその表面反転層の電子状態に起因する2つの電流ピークを観測した。この構造は、電極を強磁性体で置き換えたスピントランジスタ構造でも観測され、その磁場依存性を詳細に調べた。基本的には最表面に障壁層を設けたヘテロ構造と同様な特性を示す。このことは、ノンアロイのオーム性接触でスピンインジェクターとして設けた強磁性電極直下の2次元電子の電子状態がヘテロ構造に近い状態で保たれ、スピン軌道相互作用も保存されていることを示している。このことはスピントランジスタの構造を考える上で大変重要な点を示唆している。本研究テーマは、このような解析にも有用であることを示した。

This study の like と seaborne し て い る p-type イ ン ジ ウ ム arsenic element の の electronic は inverse planning layer and substrate と の の potential between low が バ イ ア ス when に narrow ギ ャ ッ プ semiconductor を reflect し て バ ン ド migration between を up こ し inverse planning layer の electronic は substrate の 価 electronic 帯 へ ト ン ネ ル す る. Extremely low temperature で retreat し た substrate の フ ェ ル ミ quasi a を 2-3 mev と set す る こ と に よ り こ の で の 2 dimensional surface precision electronic state を ト ン ネ ル spectroscopic analytical で き る こ と が わ か っ た. の イ ン ジ ウ ム arsenic element on the surface of the planning layer に お け る 2 dimensional electronic の バ ン ド は, そ の strong い ス ピ ン orbital interaction に よ り ス ピ ン に よ る retreat が solution け て お り, そ の specific な エ ネ ル ギ ー scattered masato is の magnetic field dependence を written の ト ン ネ ル spectrometry で 観 measuring し て き た. こ れ ま で は, substrate surface に most barrier layer set を け た ヘ テ ロ tectonic analytical し で, ゼ ロ magnetic に お け る ス ピ ン separation エ ネ ル ギ ー と し て 19.6 meV が must ら れ た. こ れ は, expect さ れ た と お り and the same tectonic に お い て limited magnetic field で の ラ シ ュ バ vibration か ら have ら れ た 12.7 meV よ り も ゼ ロ magnetic で や や big き な numerical と な っ て い る. こ の results は, ゼ ロ magnetic field で の ラ シ ュ バ unseen の specific electronic state を な surface analytical techniques, such as fruit す る new し い gimmick と し て establish さ れ る big き な possibility を secret め た results で あ る. The をまとめて result をまとめて represents the paper journal に public table をすすめて る る る. Direct metal layer on the surface of the planning に が contact し た シ ョ ッ ト キ ー tectonic に お い て も そ の の electronic state the planning layer に cause す る 2 つ の current ピ ー ク を 観 measuring し た. こ の tectonic は, electrode を strong magnetic body で き in え た ス ピ ン ト ラ ン ジ ス タ tectonic で も 観 measuring さ れ, そ の detailed に adjustable magnetic field dependence を べ た. The basic に に topmost に barrier layer を is given けたヘテロ structure と and な properties を show す. こ の こ と は, ノ ン ア ロ イ の オ ー ム sexual contact で ス ピ ン イ ン ジ ェ ク タ ー と し て set け た strong magnetic electrode by の 2 dimensional の electronic state が ヘ テ ロ tectonic に nearly い state で bartender た れ, ス ピ ン orbital interaction も save さ れ て い る こ と を shown し て い る. こ の こ と は ス ピ ン ト ラ ン ジ ス タ の tectonic を exam え る で large - important を な point of stopping し て い る. In this study, テ テ テ ような ような ような and <s:1> ような are used to analyze に テ, which is useful for である である とを and とを to show た た.

项目成果

H.Ohno, K.Yoh, K.Sueoka, K.Mukasa, M.E.Ramsteiner: "Spin-Polarized Electron Injection through an Fe/InAs Junction"Jpn.J.Appl.Phys.(Express Letter). Vol.42Part.2. L1-L3 (2003)

H.Ohno、K.Yoh、K.Sueoka、K.Mukasa、M.E.Ramsteiner：“通过 Fe/InAs 结的自旋极化电子注入”Jpn.J.Appl.Phys.（Express Letter）。

Y. Katano, T. Doi, H. Ohno, K. Yoh: "Surface potential analysis on doping superlattice by electrostatic force microscope"Appl. Surf. Sci.. 188. 399-402 (2002)

Y. Katano、T. Doi、H. Ohno、K. Yoh：“通过静电力显微镜对掺杂超晶格进行表面电势分析”Appl。

K.Yoh, H.Ohno, Y.Katano, K.Sueoka, K.Mukasa: "Direct spin injection from a ferromagnetic metal into a semiconductor"International Symposium on Mesoscopic Superconductivity and Spintronics 2002 (World Scientific Publishing). (2003)

K.Yoh、H.Ohno、Y.Katano、K.Sueoka、K.Mukasa：“从铁磁金属到半导体的直接自旋注入”2002 年介观超导和自旋电子学国际研讨会（世界科学出版社）。

K.Yoh, H.Ohno, Y.Katano, K.Sueoka, K.Mukasa: "Direct spin injection from a ferromagnetic metal into a semiconductor"Towards the Controllable Quantum States (World Scientific). 22-26 (2003)

K.Yoh、H.Ohno、Y.Katano、K.Sueoka、K.Mukasa：“从铁磁金属到半导体的直接自旋注入”迈向可控量子态（世界科学）。

Kanji Yoh, Hiroshi Ohno, Y.Katano, K.Mukasa: "Spin Injection from a Ferromagnetic Electrode into InAs Surface Inversion Layer"Journal of Crystal Growth. (2003)

Kanji Yoh、Hiroshi Ohno、Y.Katano、K.Mukasa：“从铁磁电极到 InAs 表面反型层的自旋注入”晶体生长杂志。