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，我们旨在创建一种新的自旋形式，该新自旋形式结合了SIC中局部旋转和导电电子旋转的功能，SIC是一种半导体，预计将具有出色的自旋电导率，并携带各种表达量子功能的局部旋转。作为第一步，我们将探索通过将电旋转注射到SIC中实现导电电子的自旋极化的可能性，以及通过局部自旋和导电电子自旋的相互作用进行局部自旋控制的可能性。今年，我们进行了制造过程，以改善去年制造的设备，旨在实现电旋转注入SIC，并致力于开发用于局部旋转的局部检测技术，这是这项研究中控制的目标。在实现自旋注射检测装置时，重要的是要拥有一个结构，其中SIC和铁磁电极位置以精细的比例匹配。铁磁电极可作为极化自旋源，可以通过离子铣削处理，但是由于其牢固的粘结，SIC并不容易铣削。今年，我们研究了一种离子铣削和反应性离子蚀刻的混合加工方法，并开发了一种技术，将铁磁电极和SIC匹配为相同的模式。将来，我们的目标是通过通过电子束图促进对精细电极的应用来实现自旋注入设备。在对局部自旋检测的研究中，预计导电电子自旋的扩散长度将在微米的顺序上，因此假定相互作用现象在相似的空间尺度上发生。因此，需要开发一种有效的方法来检测局部区域中的局部旋转。今年，通过使用显微镜下的激光照射下的SI空位缺损产生的荧光或光电，我们成功地观察到了29SI核自旋的磁共振，该核自旋的磁性共振超超紧密地与Si空位自旋，在室温下，在室温或电动性，在室温下，在显微镜区域内，显微镜区域。通过这种方式，我们开发了一种重要的元素技术，用于验证传导旋转与局部旋转之间的相互作用。