SiCにおける電気的スピン注入に基いた局在スピン制御の開拓

基于SiC电自旋注入的局域自旋控制的发展

• 批准号: 21K20502
• 负责人: 森岡 直也
• 金额: $ 2万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-08-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21K20502/
• 关键词: 炭化ケイ素; スピントロニクス; シリコン空孔; 核スピン; 磁気共鳴; SiC; スピン注入; 点欠陥スピン; 半導体

本研究では、優れたスピン伝導特性が予想され、かつ量子機能を発現する様々な局在スピンをホストする半導体であるSiCにおいて、局在スピンと伝導電子スピンの機能を融合した新たなスピントロニクスの創出を目指しており、その第一ステップとしてSiCへの電気的なスピン注入による伝導電子のスピン偏極の実現と、局在スピンと伝導電子スピンの相互作用を介した局在スピン制御の可能性を探る。本年度は、SiCへの電気的スピン注入の実現を目指し、昨年度作製したデバイスを改善すべく、作製プロセスの検討を実施するとともに、本研究において制御を試みる対象である局在スピンの局所的な検出技術の開発に取り組んだ。スピン注入の検出デバイスを実現する上で、SiCと強磁性電極の位置が微細スケールで整合した構造が重要である。偏極スピン源となる強磁性電極はイオンミリングで加工可能であるが、SiCはその強い結合ゆえにミリング加工が容易でない。今年度は、イオンミリングと反応性イオンエッチングをハイブリッド化した加工手法を検討し、強磁性電極とSiCを整合して同一パターンに加工する技術を開発した。今後は、電子線描画による微細電極への適用を進め、スピン注入デバイスの実現を目指す。局在スピン検出の研究においては、伝導電子スピンの拡散長がマイクロメートル程度であると予想されることから、相互作用現象も同様の空間スケールで生じると想定される。ゆえに、局所的な領域における局在スピンの効率的な検出手法の開発が必要である。今年度は、顕微鏡下のレーザー照射でSiC中のSi空孔欠陥から発生する蛍光あるいは光電流を用いることで、Si空孔スピンと超微細結合した29Si核スピンの磁気共鳴を光学的あるいは電気的にマイクロメートルスケールの領域で室温にて観測することに成功した。このように、伝導スピンと局在スピンとの相互作用を検証する上で重要な要素技術を開発できた。

在这项研究中，我们将创建一种新的自旋电子学，它将 SiC 中的局域自旋和传导电子自旋的功能结合起来，SiC 是一种预计具有优异的自旋传导特性并具有表现出量子功能的各种局域自旋的半导体。我们的目标是通过电自旋注入SiC来实现传导电子的自旋极化，并探索通过局域自旋和传导电子自旋的相互作用进行局域自旋控制的可能性。今年，以实现SiC电自旋注入为目标，我们将研究改进去年制造的器件的制造工艺，以及本研究控制目标的局部自旋的局部检测技术。发展。为了实现自旋注入检测装置，重要的是具有其中SiC和铁磁电极的位置以精细尺度对齐的结构。作为极化自旋源的铁磁电极可以通过离子铣削加工，但SiC由于其强键而难以铣削。今年，我们研究了离子铣削和反应离子蚀刻混合的加工方法，并开发了一种将铁磁电极和 SiC 对齐并将它们加工成相同图案的技术。未来，我们的目标是将电子束光刻应用于精细电极并实现自旋注入器件。在定域自旋检测的研究中，由于传导电子自旋的扩散长度预计为微米量级，因此假设相互作用现象发生在类似的空间尺度上。因此，有必要开发一种有效的局部区域自旋检测方法。今年，我们将利用显微镜下激光照射下SiC中Si空位缺陷产生的荧光或光电流，以光学或电学方式探测与Si空位自旋超精细耦合的29Si核自旋的磁共振，我们成功地进行了微米尺度的观察。室温下的区域。通过这种方式，我们能够开发出一项重要的基本技术来验证传导自旋和局域自旋之间的相互作用。