新規Ｆｅベース強磁性半導体の物性制御とデバイス応用

新型铁基铁磁半导体物性控制及器件应用

• 批准号: 13J07388
• 负责人: レ デゥックアイン
• 金额: $ 2.3万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2013
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2013-04-01 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-13J07388/
• 关键词: スピン江崎ダイオード; 自発スピン分裂; 強磁性半導体; トンネル磁気異方性抵抗; 磁気異方性; s,p-d交換相互作用; 電気的な磁性制御; 波動関数工学; スピンフィルタ; n型強磁性半導体; 電子誘起強磁性; 電気二重層トランジスタ; 歪み; 量子サイズ効果; Zener平均場理論; エピタキシー成長

InAs/(In,Fe)As/InAs三層からなる量子井戸構造の波動関数を電気二重層トランジスタのゲート電圧で操作し、量子井戸全体の磁気特性を電気的に制御可能であることを示した。磁性層内のキャリア濃度を変える従来の方法に比べて、キャリアの波動関数と(In,Fe)As層との重なりを変えることによってキュリー温度を制御するこの方法は、高い制御自由度を持つことを実証し、またサブピコ秒の高速動作および消費電力を大幅に減少できる可能性があり、スピン依存波動関数工学を示した研究成果である（Phys. Rev. Bに出版）。n型(In,Fe)As/p型InAsのエサキダイオード構造におけるトンネル分光法を用いて、In,Fe)As伝導帯のスピン分裂を明瞭に観測した。キュリー温度が45K～65Kの(In,Fe)Asの伝導帯には40 ~ 50 meVの自発スピン分裂を持つことが分かった。このスピン分裂エネルギーはFe濃度と外部磁場によって制御可能である。今回の(In,Fe)Asで観測した伝導帯の自発スピン分裂はIII-V族強磁性半導体では初めての観測であり、様々なスピンデバイス応用に有望であることを示した。一方、外部磁場の回転より(In,Fe)As層の磁化方向を様々な面内方向に回転させ、それによって(In,Fe)Asの状態密度が変化しdI/dV-V特性が対称性をもって変化する結果も見られた。この現象はトンネル異方性磁気抵抗（TAMR)と呼ばれる現象である。TAMRをすべてのバイアス電圧で調べることによって、(In,Fe)Asのバンド構造の各成分（伝導帯、価電子帯、不純物帯）の異方性が観測され,不純物帯のエネルギー位置が伝導帯の下端あるいは価電子帯の上端に近い結果も分かり、(In,Fe)Asの強磁性起源に重要な役割を持つと考えている。

通过双电层晶体管的栅极电压控制由三层InAs/(In,Fe)As/InAs组成的量子阱结构的波函数，结果表明整个量子阱的磁特性是电性的。可控的。与改变磁性层中载流子浓度的传统方法相比，这种通过改变载流子波函数与(In,Fe)As层之间的重叠来控制居里温度的方法具有更高的控制自由度。该研究成果展示了自旋相关波函数工程，并有潜力实现亚皮秒高速运行并显着降低功耗（发表于 Phys. Rev. B）。在 n 型 (In,Fe)As/p 型 InAs Esaki 二极管结构中使用隧道光谱，我们清楚地观察到 In,Fe)As 导带中的自旋分裂。研究发现，居里温度为45K～65K的(In,Fe)As导带具有40～50meV的自发自旋分裂。这种自旋分裂能量可以通过Fe浓度和外部磁场来控制。在 (In,Fe)As 中观察到的导带中的自发自旋分裂是在 III-V 族铁磁半导体中首次观察到的现象，并显示出在各种自旋器件应用中的前景。另一方面，通过旋转外部磁场，(In,Fe)As层的磁化方向在面内各个方向上旋转，这改变了(In,Fe)As的态密度，使得dI /dV-V 特性是对称的。这种现象称为隧道各向异性磁阻（TAMR）。通过在所有偏置电压下检查TAMR，观察到(In,Fe)As能带结构的各组成部分（导带、价带、杂质带）的各向异性，并且杂质带的能​​量位置改变为导带我们还在价带下端或价带上端附近发现了结果，我们认为这在 (In,Fe)As 铁磁性的起源中起着重要作用。

项目成果

Observation of spontaneous spin-splitting in the band structure of n-type ferromagnetic semiconductor (In,Fe)As

n型铁磁半导体(In,Fe)As能带结构中自发自旋分裂的观察

• 发表时间: 2016
• 作者: レデゥックアイン;ファムナムハイ;田中雅明
• 通讯作者: 田中雅明

Magnetic properties and intrinsic ferromagnetism in (Ga,Fe)Sb ferromagnetic semiconductors

(Ga,Fe)Sb铁磁半导体的磁性和本征铁磁性

• DOI: 10.1103/physrevb.92.144403
• 发表时间: 2015
• 作者: N. T. Tu; P. N. Hai; L. D. Anh; M. Tanaka
• 通讯作者: M. Tanaka

Electrical control of ferromagnetism in n-type ferromagnetic semiconductor (In, Fe) As quantum wells

n型铁磁半导体（In、Fe）中铁磁性的电控制作为量子阱

• 发表时间: 2014
• 作者: Le Duc Anh; Pham Nam Hai; Yuichi Kasahara; Yoshihiro Iwasa;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka

Interplay between strain, quantum confinement, and ferromagnetism in strained ferromagnetic semiconduCtor (In, Fe) As

应变铁磁半导体 (In, Fe) As 中应变、量子限制和铁磁性之间的相互作用

• 发表时间: 2014
• 作者: Daisuke Sasaki; Le Duc Anh; Pham Nam Hai;Masaaki Tanaka
• 通讯作者: Masaaki Tanaka

(Ga,Fe)Sb: A p-type ferromagnetic semiconductor

(Ga,Fe)Sb：p型铁磁半导体

• DOI: 10.1063/1.4896539
• 发表时间: 2014
• 影响因子: 4
• 作者: N. T. Tu; P. N. Hai; L. D. Anh; M. Tanaka
• 通讯作者: M. Tanaka