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。

M2の大塚君と吉田君、共同研究者のAnh氏が米国で開催される61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materialsで、下記の発表を行います。

[EF-06] Giant spin-valve effect in (Ga,Fe)As/(In,Fe)As spin diodes.

Y. Otsuka, Y. Arakawa, M. Tanaka, P. Nam Hai.

[ES-07] High Temperature Ferromagnetism in (In,Fe)As Grown on Vicinal GaAs Susbtrates.

M. Yoshida, A. Nagamine, M. Tanaka, P. Nam Hai.

[EE-01] (Invited) N-type carrier-induced ferromagnetic semiconductor and electrical control of ferromagnetism by wavefunction engineering.

L. D. Anh, P. N. Hai, Y. Kasahara, Y. Iwasa, M. Tanaka.

一方、Pham准教授はHanoiで開催されるInternational Workshop on Advanced Materials and Nanotechnology 2016 (IWAMN 2016)で、下記の招待講演を行います。

(Invited) High-performance Fe-doped ferromagnetic semiconductors.

P. N. Hai, L. D. Anh, N. T. Tu, M. Tanaka.

SSDM2016国際学会で、D2のHiep君が下記の発表を行いました。

[PS-12-03] Spin-valve Effect in Nanoscale Si-based Devices with Ferromagnetic Electrodes
○ D.H. Duong , M. Tanaka, N.H. Pham

M2の植田君と共同研究者のTu氏がフランスのモンペリエに開催されている国際学会MBE2016 (19th International Conference on Molecular Beam Epitaxy)で下記の研究成果を発表します。

[Th‐B11] Epitaxial Growth and Characterization of Bi1‐xSbx Spin Hall Alloy on GaAs(111) Substrates
Yugo Ueda and Pham Nam Hai

[Tu‐C4] High‐Temperature Ferromagnetism in Heavily Fe‐doped Ferromagnetic Semiconductor (Ga,Fe)Sb
Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, and Masaaki Tanaka

第77回応用物理学会秋季学術講演会で、M1の荒川君、共同研究者のAnh氏、共同研究者の坂本氏が下記の発表を行います。

[14a-C41-12] Giant spin dependent transport characteristics in Fe-doped ferromagnetic semiconductor p-n junctions
〇Yuto Arakawa、Tomohiro Otsuka、Masaaki Tanaka、Pham Nam Hai

[14p-C41-2] Bias-dependent magneto-conductance in n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As-based Esaki diodes
〇Anh Duc Le、Nam Hai Pham、Masaaki Tanaka

[14a-C41-10] Electronic Structure of the p-type Ferromagnetic Semiconductor (Ga,Fe)Sb
〇(D)Shoya Sakamoto、Thanh Tu Nguyen、Yukiharu Takeda、Shin-ichi Fujimori、Nam Hai Pham、Duc Anh Le、Yuki Wakabayashi、Goro Shibata、Masafumi Horio、Keisuke Ikeda、Yuji Saitoh、Hiroshi Yamagami、Masaaki Tanaka、Atsushi Fujimori

9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids (PASPS9)国際学会にて、M2の大塚、M2の植田、D2のHiep、共同研究者のAnh氏、共同研究者のTu氏が下記の発表を行いました。

<O-18>Giant spin-valve effect in (Ga,Fe)Sb/(In,Fe)As ferromagnetic p-n junctions

°Tomohiro Otsuka, Yuto Arakawa, Masaaki Tanaka, Pham Nam Hai

<O-25>High-Temperature Ferromagnetism in Heavily Fe-doped Ferromagnetic Semiconductor (Ga,Fe)Sb

°Nguyen Thanh Tu, Pham Nam Hai, Le Duc Anh, Masaaki Tanaka

<P1-1> Spontaneous spin-split band structure of n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As observed by tunneling spectroscopy

°Le Duc Anh, Pham Nam Hai, Masaaki Tanaka

(Young Researcher Best Poster Awardを受賞)

<P1-15> Spin transport in nanoscale silicon channels

°Duong Dinh Hiep, Masaaki Tanaka, Pham Nam Hai

<P1-48> Growth and characterization of Bi1-xSbx thin films on GaAs(111) substrates

°Yugo Ueda, Pham Nam Hai

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

新しい卒研生の西嶋 健人君と八尾 健一郎君が研究室に参加しました。皆さんの活躍を期待しています。