強磁性半導体(InFe)Sbの磁性を電界効果を使って、制御できることを示した研究成果がAppl. Phys. Lett.誌に掲載されました。

Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, Masaaki Tanaka,”Electrical control of ferromagnetism in the n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)Sb with high Curie temperature”, Appl. Phys. Lett. 112, 122409 (2018)

(In,Fe)As強磁性半導体のスピン状態とバンド構造を解明した研究成果がApplied Physics Letters誌に掲載されました。

Le Duc Anh, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka, “Electrical tuning of the band alignment and magnetoconductance in an n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As-based spin-Esaki diode”, Appl. Phys. Lett. 112, 102402 (2018).

今回の研究ではn-(In,Fe)As/p-InAsの江崎ダイオード構造において、トンネル分光法を用いて、(In,Fe)As強磁性半導体のスピン状態とバンド構造を解明しました。

さらに、本研究は、トップクラスの論文としてFeatured Articleおよび米国物理協会(American Institute of Physics)のScience Highlightにも選べられ、解説記事が掲載されました。

Science Highlightに選べられたのは3回連続になります。

D3のHiep君のナノＳｉバルブデバイスにおける逆スピンバルブ効果の観測に関する研究成果がJournal of Applied Physicsに掲載されました。

Duong Dinh Hiep, Masaaki Tanaka and Pham Nam Hai, “Inverse spin-valve effect in nanoscale Si-based spin-valve devices”, J. Appl. Phys. 122, 223904 (2017).

今回の論文はJAP学術誌のトップクラス論文としてFeatured Articleに選べられました。

さらに、米国物理協会(American Institute of Physics)のScience Highlightにも選べられ、解説記事が掲載されました。

D1のKhang君の論文が米国物理協会(American Institute of Physics)のScience Highlightに選べられ、解説記事が掲載されました。

D1のKhang君の垂直磁化膜/トポロジカル絶縁体接合の結晶成長に関する研究成果がJournal of Applied Physicsに掲載されました。

Nguyen Huynh Duy Khang, Yugo Ueda, Kenichiro Yao, and Pham Nam Hai, “Growth and characterization of MnGa thin films with perpendicular magnetic anisotropy on BiSb topological insulator”,  J. Appl. Phys. 122, 143903 (2017).

今回の成果は次世代SOT-MRAMに向けた垂直磁化膜とその磁化反転に必要なスピンホール効果の強いBiSbトポロジカル絶縁体の接合の作製に成功しました。

Pham研究室と東京大学の田中雅明研究室との共同研究成果が英国のNature Communications誌に掲載されました。

Le Duc Anh, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka, “Observation of spontaneous spin-splitting in the band structure of an n-type zinc-blende ferromagnetic semiconductor”, Nature Communications 7, 13810 (2016)

本研究は当時(2012年）不可能とされてきたN型電子誘起強磁性半導体(In,Fe)Asの実現に成功したが、理論的な予測よりも数100倍以上大きいなキュリー温度を示したため、長い間そのメカニズムが理解されていなかった。

今回の研究では、(In,Fe)Asを含むスピン江崎ダイオードを作製し、トンネル分光法を用いることによって、(In,Fe)Asの伝導帯の自発スピン分裂を観測できたとともに、従来の標準理論ではこのような自発スピン分裂とキュリー温度を同時に説明できないことを示し、従来の標準理論には欠陥があることを明らかにした。従って、本研究成果は強磁性半導体の物性および半導体スピンデバイスの研究に新しい知見を与えることができた。

図(a)-(d)スピン江崎ダイオードにおけるトンネル分光法を用いたスピン分裂の直接観測。点線がアップスピンとダウンスピンバンドの位置を示す。(e)スピン分裂エネルギーの温度依存性。点線は理論曲線である。

東工大ニュース

スピン自由度を用いた次世代半導体デバイス実現へ大きな進展

電気電子系ニュース

強磁性半導体において大きなスピン分裂をもつ電子のエネルギー状態を初めて観測

日経テクノロジonline記事

東大と東工大、スピン自由度利用の半導体デバイスに向け成果

EETimes Japan

n型強磁性半導体を作製、伝導帯にスピン分裂

D2のHiep君の研究成果がAppl. Phys. Lett.誌に掲載されました。

Duong Dinh Hiep, Masaaki Tanaka, Pham Nam Hai, “Spin transport in nanoscale Si-based spin-valve devices”, Appl. Phys. Lett. 109, 232402 (2016).

今回の研究はチャンネル長が20nmという世界最小のSiスピンバルブ構造を作製でき、最大で13mVのスピン出力電圧が得られました。この値は従来の研究に対して、約10~1000倍大きい。今後にゲート電極を追加し、ナノサイズのSiスピントランジスタの作製を目指す。

図(a)Siのスピンバルブ構造。強磁性電極FeからMgOトンネル障壁を介してSiチャンネルにスピン注入して、もう一つの強磁性電極Feでスピンを検出する。(b)試作したデバイスの走査型電子顕微鏡像。両強磁性電極の磁化平行・反平行時の電圧の差が最大13 mVと従来の研究よりも10倍~1000倍大きい。

下記の論文がApplied Physics LettersのEditor’s Picksに選べられた

High-temperature ferromagnetism in heavily Fe-doped ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb

(2016年5月15日の週)

米国Applied Physics Letters誌に(Ga,Fe)Sbの室温強磁性半導体の研究成果が掲載されました。

Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, Masaaki Tanaka, “High-temperature ferromagnetism in heavily Fe-doped ferromagnetic semiconductor (Ga,Fe)Sb”, Appl. Phys. Lett. 108, 192401 (2016).

半導体の室温強磁性はスピントロニクス研究の最重要な課題の一つであり、９０年台前半から世界中の研究者が取り組んできました。しかし、今まで２００Ｋ以下しか強磁性が観測できませんでした。

今回、我々は従来の研究とはまったく異なるアプローチで、狭ギャップ半導体GaSbに鉄原子をドーピングすることによって、非常に高いキューリ温度を実現できることを見出しました。鉄原子濃度を順調に伸ばして、ついに室温強磁性を実現しました。

本研究成果はAmerican Institute of Physicsによって注目論文として選べられ、Applied Physics Letters誌の最新号のカバーとして飾りました。

http://scitation.aip.org/content/aip/journal/apl/108/19

さらに、一般メディア向けの解説も掲載されます。
https://www.aip.org/publishing/journal-highlights/best-both-worlds

SiにドープしたMn原子のd軌道間光学遷移を利用した可視光Si発光素子の研究成果がPhys. Rev. B誌に掲載されました。

Pham Nam Hai, Daiki Maruo, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka, “Visible-light emission at room temperature in Mn-doped Si light-emitting diodes”,  Phys. Rev. B 93, 094423 (2016).

本研究は、3d遷移金属のd-d光学遷移を利用したSi発光素子としては世界初です。III-V族半導体を使わず、Siそのままを利用するため、Si発光素子の新しいメカニズムとして期待できます。

Si:Mn発光素子の(a)白黒高感度カメラ(b)可視光カメラによって撮影した発光様子、(c)発光スペクトル。E₁とE₂はMnのp-d混成軌道間の光学遷移に対応している。