東京大学ウェブサイトを正しく表示するにはJavaScriptが必要です。ブラウザの設定をオンにしてからページをリロードしてください。:2016年12月28日Tweet鉄(Fe)を添加したN型強磁性半導体(In,Fe)Asにおける自発的スピン分裂の観測III-V族半導体InAsに磁性不純物鉄(Fe)を添加したN型強磁性半導体(In,Fe)As(図の下)において、Fe原子の局在スピンと電子キャリアとの相互作用によって強磁性秩序が現れるとともに、キャリア電子が存在する伝導帯の上向きスピン電子と下向きスピン電子の伝導帯エネルギーに大きなスピン分裂が観測された(図の上)。雅明教授らの研究グループは、高速電子デバイスに使われるIII-V族化合物半導体(InAs)に鉄(Fe)原子を添加した混晶半導体(In,Fe)Asを作製し、(In,Fe)Asが強磁性を示す(磁石になる)と同時にその伝導帯(伝導電子が存在するエネルギー帯)に大きな自発的スピン分裂(2つの異なるスピン状態によって生じるエネルギー差)が生ずることを見出しました。FMS)において、伝導帯の自発的スピン分裂が確認されたのは初めてです。新しい機能をもたらす可能性があり注目されています。半導体結晶中に添加した磁性原子とキャリア(電気伝導に寄与する電子または正孔)との相互作用によって、強磁性が生じるとともに、半導体の上向きスピンと下向きスピンのバンドが大きく分裂することが期待されます。実際にはこれまでバンドのスピン分裂が実測されたFMSは非常に稀であり、加えて半導体エレクトロニクスと整合性の良いIII-V族やIV族半導体では、P型FMSしか作製できず、半導体デバイスに不可欠なN型FMSは存在しませんでした。研究グループが添加する磁性原子として選んだFeは、III-V族半導体中で中性になる(ドナにもアクセプタにもならない)ので、局在スピンとキャリアを生みだす起源を分離することができ、よってP型のみならずN型も作製可能になります。cm-3以上で強磁性が現れ、III-V族で初めてのN型FMSになります。meV)が強磁性を示す温度の範囲内で観測されました。このような半導体において現れるN型強磁性と大きくスピン分裂した伝導帯構造は、従来の理論では予測できないため、半導体や磁性の物性物理学と半導体スピントロニクスに新しい知見を与える重要な成果です。FMSが大きくスピン分裂したバンド構造を持つことは、スピン自由度を利用した半導体デバイスの設計と作製を可能にするものであり、本成果は今後のスピンデバイス応用に向けて大きな発展をもたらすものと期待されます。強磁性半導体の研究は1990年代から世界中で盛んに行われてきましたが、未解決の問題が多く、実用化に向けていくつかの突破口となる成果が必要です」と田中教授は語ります。「今回明らかにした(In,Fe)Asにおける大きくスピン分裂した伝導帯構造は、このようなFeを添加した強磁性半導体が既存の強磁性半導体の問題点を解決できる可能性があることを示唆しており、理論面でも応用面でも重要な進展です」と続けます。実験を担当したアイン助教は「Feを添加したN型強磁性半導体の研究は、私の卒業論文の研究から始めたので愛着があります。当初、N型強磁性半導体は理論と実験の先行例がほとんどなく、既存のP型強磁性半導体とも異なるため試料作製や実験結果の解釈にたいへん苦労しました。今回の研究で、スピン分裂バンド構造が明瞭に観測できたので、近い将来、様々なデバイスへの応用まで発展させたいと考えています」と話しています。本サイトの管理・運営は広報室が行なっています。当該ページに記載の問い合わせ先までお願いします。Tokyo柏キャンパス本郷キャンパス駒場キャンパスアクセス・キャンパスマップ閉じる戻るアクセス・キャンパスマップ閉じる戻るアクセス・キャンパスマップ閉じる戻るアクセス・キャンパスマップ閉じる。