スピントランジスタのためのＧｅ／Ｓｉヘテロ構造への高効率スピン注入・検出

对自旋晶体管的 Ge/Si 异质结构进行高效自旋注入和检测

• 批准号: 13F03206
• 负责人: 齋藤 秀和
• 金额: $ 1.47万
• 依托单位: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
• 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 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13F03206/
• 关键词: 半導体スピントロニクス; スピン注入; スピントランジスタ; シリコン

将来に亘るエレクトロニクス技術の発展のために、より一層の素子の微細化を可能とする新たな技術が求められている。その候補として、スピントランジスタに代表される半導体をベースとしたスピントロニクス素子・技術が注目されている。半導体中におけるスピン偏極電子の注入、制御および検出は半導体スピンデバイスの基盤技術であるため、近年、最重要半導体であるSiおよびGe基デバイスにおいて多くの研究が報告されている。しかしながら、スピン注入・検出効率およびスピン制御に関しては、まだデバイス化レベルには達していない。本研究では、SiおよびGeにおいてスピン注入・検出効率の改善および新奇スピン制御技術の確立を目的とする。従来、強磁性体から半導体へのスピン入力には、専らスピンを電荷（電流）と共に直接流す手法が用いられてきた。ここで、もし電流を用いることなくスピン情報を半導体に注入することができれば、スピントランジスタの更なる省電力化に繋がるはずである。この着眼点の下、前年度は電流フリーのスピン注入技術の開発を進めた。具体的には、我々の研究チームが発見した新現象である強磁性電極とSi間に熱勾配を設けるだけでSiへのスピン注入が実現される「スピントンネル・ゼーベック効果」の外部電界による影響を調べた。その結果、同効果によりSi中に生成したスピン信号強度を外部電界により制御することに成功した（Nature Materials誌へ掲載）。この結果を受け、本年度は同電界効果の起源を調べるために更なる詳細な実験および理論考察を行った。その結果、スピントンネル・ゼーベック効果により生成したスピン信号の電界効果は強磁性体の電子状態を考慮することにより説明可能であることを示した。このことは、スピン注入の更なる効率化へ向けた指針を与えるものである。

为了将来推进电子技术，需要新的技术，以使设备更加小型化。作为候选人，基于旋转晶体管等半导体的自旋设备和技术引起了人们的注意。自注射以来，半导体中自旋偏振电子的控制和检测是半导体自旋装置的基本技术，近年来已经报道了许多研究对SI和GE基设备，这是最重要的半导体。但是，就自旋注入和检测效率和自旋控制而言，设备水平尚未达到设备水平。这项研究旨在提高SI和GE的自旋注射和检测效率，并建立新型的自旋控制技术。通常，通过直接通过电荷（电流）将自旋用于从铁磁材料到半导体的自旋输入中。如果可以在不使用电流的情况下将自旋信息注入半导体，则应为自旋晶体管节省进一步的功率。在这一重点下，我们继续开发无电流的旋转注入技术。具体而言，我们调查了我们研究团队发现的一种新现象的“自旋隧道塞贝克效应”的效果，这是一种新现象，在这种现象中，仅通过在铁磁电极和SI之间提供热梯度来实现SI旋转注入Si。结果，已经使用了相同的效果来成功控制SI在SI中通过外部电场产生的自旋信号强度（自然材料杂志发表）。为了响应这些结果，今年进行了进一步的详细实验和理论考虑，以研究现场效应的起源。结果，可以通过考虑铁磁材料的电子状态来解释自旋隧道塞贝克效应产生的自旋信号的场效应。这为进一步的自旋注射效率提供了指导。

项目成果

Voltage tuning of thermal spin current in ferromagnetic tunnel contacts to semiconductors

• DOI: 10.1038/nmat3869
• 发表时间: 2014-04-01
• 期刊: NATURE MATERIALS
• 影响因子: 41.2
• 作者: Jeon, Kun-Rok;Min, Byoung-Chul;Jansen, Ron
• 通讯作者: Jansen, Ron

Energy dispersion of tunnel spin polarization extracted from thermal and electrical spin currents

从热自旋电流和电自旋电流中提取的隧道自旋极化的能量色散

• DOI: 10.1103/physrevb.91.155305
• 发表时间: 2015
• 期刊: Physical Review Ｂ
• 作者: Kun-Rok Jeon;Hidekazu Saito;Shinji Yuasa;and Ron Jansen
• 通讯作者: and Ron Jansen