新規Ｆｅベース強磁性半導体の物性制御とデバイス応用

新型铁基铁磁半导体物性控制及器件应用

• 批准号: 13J07388
• 负责人: レ デゥックアイン
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07388/
• 关键词: スピン江崎ダイオード; 自発スピン分裂; 強磁性半導体; トンネル磁気異方性抵抗; 磁気異方性; s,p-d交換相互作用; 電気的な磁性制御; 波動関数工学; スピンフィルタ; n型強磁性半導体; 電子誘起強磁性; 電気二重層トランジスタ; 歪み; 量子サイズ効果; Zener平均場理論; エピタキシー成長

InAs/(In,Fe)As/InAs三層からなる量子井戸構造の波動関数を電気二重層トランジスタのゲート電圧で操作し、量子井戸全体の磁気特性を電気的に制御可能であることを示した。磁性層内のキャリア濃度を変える従来の方法に比べて、キャリアの波動関数と(In,Fe)As層との重なりを変えることによってキュリー温度を制御するこの方法は、高い制御自由度を持つことを実証し、またサブピコ秒の高速動作および消費電力を大幅に減少できる可能性があり、スピン依存波動関数工学を示した研究成果である（Phys. Rev. Bに出版）。n型(In,Fe)As/p型InAsのエサキダイオード構造におけるトンネル分光法を用いて、In,Fe)As伝導帯のスピン分裂を明瞭に観測した。キュリー温度が45K～65Kの(In,Fe)Asの伝導帯には40 ~ 50 meVの自発スピン分裂を持つことが分かった。このスピン分裂エネルギーはFe濃度と外部磁場によって制御可能である。今回の(In,Fe)Asで観測した伝導帯の自発スピン分裂はIII-V族強磁性半導体では初めての観測であり、様々なスピンデバイス応用に有望であることを示した。一方、外部磁場の回転より(In,Fe)As層の磁化方向を様々な面内方向に回転させ、それによって(In,Fe)Asの状態密度が変化しdI/dV-V特性が対称性をもって変化する結果も見られた。この現象はトンネル異方性磁気抵抗（TAMR)と呼ばれる現象である。TAMRをすべてのバイアス電圧で調べることによって、(In,Fe)Asのバンド構造の各成分（伝導帯、価電子帯、不純物帯）の異方性が観測され,不純物帯のエネルギー位置が伝導帯の下端あるいは価電子帯の上端に近い結果も分かり、(In,Fe)Asの強磁性起源に重要な役割を持つと考えている。

量子井结构的波函数由INAS/（IN，Fe）组成，因为/INAS三层通过电动双层晶体管的栅极电压进行操作，并且显示整个量子孔的磁性可以受到电气控制。 Compared to conventional methods for changing carrier concentrations in magnetic layers, this method of controlling the Curie temperature by changing the overlap between the carrier wavefunction and the (In,Fe)As layer has demonstrated that it has a high degree of control freedom, and has the potential to significantly reduce high-speed operation and power consumption in sub-picoseconds, and is a research finding spin-dependent wavefunction engineering (published in Phys. Rev. B).使用N型（IN，Fe）的Esaki二极管结构中的隧道光谱清楚地观察到IN，Fe）作为传统带的自旋分裂。发现（in，fe）的传统温度为45k至65k的传导带的自发旋转分裂为40〜50 meV。这种自旋裂变能可以通过FE浓度和外部磁场来控制。在IIII-V铁磁性半导体中观察到的传导带的自发自旋分裂也是（in，fe），这表明对于各种自旋设备应用，它有望是有希望的。另一方面，由于外部磁场的旋转，（in，fe）的磁化方向沿各个平面内方向旋转，从而导致（in，fe）AS的状态密度变化，并且DI/DV-V特性随对称性而变化。该现象称为隧道各向异性磁阻（TAMR）。通过使用所有偏置电压检查TAMR，观察到（导电频带，价带，价带，杂质带）的每个组件的各向异性（导电频段，价带，杂质带）的各向异性，结果表明，INDURITY频段的能量位置接近了远端的能量位置。 （in，fe）的铁磁起源。

项目成果

Observation of spontaneous spin-splitting in the band structure of n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As

n型铁磁半导体(In,Fe)As能带结构中自发自旋分裂的观察

• 发表时间: 2016
• 作者: レデゥックアイン;ファムナムハイ;田中雅明
• 通讯作者: 田中雅明

Interplay between strain, quantum confinement, and ferromagnetism in strained ferromagnetic semiconductor (In, Fe) As thin films

应变铁磁半导体（In、Fe）As薄膜中应变、量子限制和铁磁性之间的相互作用

• DOI: 10.1063/1.4870970
• 发表时间: 2014
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Daisuke Sasaki;Le Duc Anh;Pham Nam Hai;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka

Electrical modulation of ferromagnetism via controlling the wavefunctions in n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As quantum wells

通过控制 n 型铁磁半导体 (In,Fe)As 量子阱中的波函数来电调制铁磁性

• 发表时间: 2015
• 作者: Le Duc Anh;Pham Nam Hai;Yuichi Kasahara;Yoshihiro Iwasa;and Masaaki Tanaka
• 通讯作者: and Masaaki Tanaka

Enhancement of ferromagnetism by manipulating the wavefunctions in n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As quantum wells

通过操纵 n 型铁磁半导体 (In,Fe)As 量子阱中的波函数增强铁磁性

• 发表时间: 2014
• 作者: Le Duc Anh;Pham Nam Hai;Yuichi Kasahara;Yoshihiro Iwasa;and Masaaki Tanaka
• 通讯作者: and Masaaki Tanaka

Electrical control of ferromagnetism by wavefunction engineering in a ferromagnetic trilayer (InAs/(In,Fe)As/InAs) quantum well

铁磁三层 (InAs/(In,Fe)As/InAs) 量子阱中波函数工程对铁磁性的电控制

• 发表时间: 2014
• 作者: Le Duc Anh;Pham Nam Hai;Yuichi Kasahara;Yoshihiro Iwasa;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka