スピン-光メモリの開発

本研究は、我々が独自に提案している、電子スピン自由度を用いた超高速・不揮発性光バッファメモリを実現するために必要である、強磁性金属/半導体ハイブリッド構造を用いた半導体中の電子スピンの高速操作手法を確立することを目的としている。研究課題として、ナノ磁性体を用いた半導体中の電子スピン情報の読み出しと同磁性体への書き込み技術を確立する必要がある。本年度は特に読み出し技術に着目して研究を行った。メモリ高密度化のためには、スピン情報を検出するためのナノ磁性体をできるだけ小さく(直径100nm程度)設計する必要があるが、それに伴い検出感度が低下するという問題があった。そこで、我々は超高感度検出を可能にする独自のスピン検出手法(バランス法:特許申請検討中)を提案すると同時に、動作原理実証のための素子を作製した。同手法によるスピン検出のためには、半導体(砒素化ガリウム:GaAs)上に2つのナノ磁性体をスピン拡散長(数百nm程度)と呼ばれる特性長より近い位置に作り付けなければならない。この理由は、動作原理上の要請により、2つのナノ磁性体の間でスピン情報をやり取りする必要があるためである。最終的には、直径80nmのFeナノ磁性体をGaAs上に25nm間隔で作製することに成功した。今後、作製した素子を用いて、実際のスピン検出実験に挑む。また、メモリの高速読み出し動作のためには、磁性体/半導体コンタクト接合をできるだけ低く抑えることが重要である。そこで、金属とオーム性接合が容易に実現できる砒素化インジウム(InAs)を用いて、高品位強磁性体/InAs接合作製にも取り組んだ。その結果、極薄酸化マグネシウム(MgO)をFeとInAs間に挿入することにより、全エピタキシャル接合を実現した。

本研究は、我々が独自に提案している、電子スピン自由度を用いた超高速・不揮発性光バッファメモリを実現するために必要である、強磁性金属/半導体ハイブリッド構造を用いた半導体中の電子スピンの高速操作手法を確立することを目的としている。研究課題として、ナノ磁性体を用いた半導体中の電子スピン情報の読み出しと同磁性体への書き込み技術を確立する必要がある。本年度は特に読み出し技術に着目して研究を行った。メモリ高密度化のためには、スピン情報を検出するためのナノ磁性体をできるだけ小さく(直径100nm程度)設計する必要があるが、それに伴い検出感度が低下するという問題があった。そこで、我々は超高感度検出を可能にする独自のスピン検出手法(バランス法:特許申請検討中)を提案すると同時に、動作原理実証のための素子を作製した。同手法によるスピン検出のためには、半導体(砒素化ガリウム:GaAs)上に2つのナノ磁性体をスピン拡散長(数百nm程度)と呼ばれる特性長より近い位置に作り付けなければならない。この理由は、動作原理上の要請により、2つのナノ磁性体の間でスピン情報をやり取りする必要があるためである。最終的には、直径80nmのFeナノ磁性体をGaAs上に25nm間隔で作製することに成功した。今後、作製した素子を用いて、実際のスピン検出実験に挑む。また、メモリの高速読み出し動作のためには、磁性体/半導体コンタクト接合をできるだけ低く抑えることが重要である。そこで、金属とオーム性接合が容易に実現できる砒素化インジウム(InAs)を用いて、高品位強磁性体/InAs接合作製にも取り組んだ。その結果、極薄酸化マグネシウム(MgO)をFeとInAs間に挿入することにより、全エピタキシャル接合を実現した。