半導体と磁性体からなるナノ構造におけるスピン依存トンネル現象とその応用

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1.六方晶MnAs微粒子を強磁性島とする単電子スピントランジスタにおける長いスピン緩和時間トンネル磁気抵抗(TMR)比のバイアス依存性を調べたところ、TMR比がバイアスに対して振動する現象を観測した。スピン蓄積を考量したSelf-consistent数値計算によって、微粒子のスピン緩和時間が10μsと長いことが分かった。この長いスピン緩和時間が微粒子の量子サイズ効果によって説明できた。2.閃亜鉛鉱型MnAs微粒子を含むトンネル磁気接合におけるスピン起電力および巨大な磁気抵抗効果の観測とその起源の解明10kGの磁場下では、電流電圧特性を測定したところ、原点が高バイアス側に21mVシフトした現象を観測した。この現象は素子から21mVの起電力が発生することを示した。また、素子に負の小さいなバイアスを印加したときに、素子の抵抗が磁場印加によって3桁も変わった巨大な磁気抵抗効果を観測した。以上の実験結果に対して、微粒子の磁化トンネルと伝導電子のトンネルが同時に起こることにより、微粒子のゼーマンエネルギーが伝導電子の電気エネルギーへの移動によって、「スピン起電力」が生じたことが分かった。さらに、磁化測定により、閃亜鉛鉱型MnAs微粒子の室温強磁性および大きな異方性エネルギーの確認と磁化反転時定数の測定によって、以上の理論モデルの妥当性を確認した。3.強磁性半導体の相分離ダイアグラムの理論的かつ実験的な研究格子モデルを用いてGaMnAsの相分離ダイアグラムの測定方法を提案して、実際に測定した。その結果、相分離エネルギーの実験値が分かり、第一原理計算による計算値とよく一致したことが分かった。