磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造におけるスピン関連現象とデバイス応用

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「磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造におけるスピン関連現象とデバイス応用」を目的とした研究を開始した。ここで「磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造」として対象とする材料系は、(a)GaMnAsやInGaMnAsを含む強磁性半導体ヘテロ構造、(b)MnAsナノ微粒子を埋め込んだGaAsとそのヘテロ構造、(c)強磁性金属薄膜/半導体ヘテロ構造である。これらの磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造において、(1)エピタキシャル成長と形成技術の確立、(2)スピン依存伝導の理解と制御、磁気抵抗効果の増大、高温動作化、(3)スピン依存伝導デバイス(2端子素子、3端子素子)の試作、動作原理の確立を目指し、材料科学、物性の理解と制御からデバイス応用まで系統的に研究を行うことを目指している。平成23年度には、磁性体/半導体ハイブリッドナノ構造(上記(a)(b)(c))のエピタキシャル成長と形成技術を確立しつつある。スピン依存伝導の理解と制御を行うため、まず2端子デバイスとして、強磁性半導体ヘテロ構造からなる強磁性トンネル接合素子、および強磁性ナノ微粒子を含む強磁性トンネル接合素子を作製し、そのスピン依存トンネル伝導の実験を行った。共鳴トンネル効果による磁気抵抗効果の増大、共鳴トンネル分光によるGaMnAsのバンド構造とフェルミ準位の解明を行った。その結果、どのような電気的・磁気的性質をもつGaMnAsにおいてもフェルミ準位は価電子帯から数十meV程度上の禁制帯中に存在し、不純物バンドによる伝導が支配的であることを明らかにした。平成23年6月以降は特別推進研究に移行して、より幅広い研究を行っている。