東北大,層状半導体GaSeに優れたスピン特性を発見

東北大学の研究グループは,層状半導体GaSeが,従来のGaAsに比べて10倍以上大きなスピン軌道相互作用を示すことを発見した(ニュースリリース)。

グラフェンは,機械的強度,熱伝導,移動度は高いが,エネルギーギャップがゼロであることから原子層トランジスタとしてON/OFF比を大きくすることが出来ない。一方,GaSeなどの III-VI族層状物質半導体は,直接遷移型のエネルギーギャップが有限で比較的移動度が高いことから原子層トランジスタを目指した研究が行なわれている。

また,直接遷移型半導体である特性を活かした薄膜フォトディテクター,非線形光学効果を用いた室温テラヘルツ波発生源としての研究も行なわれている。最近は圧力印加によるトポロジカル絶縁体転移や,電界制御による強磁性転移が理論的に予言されている。

スピン軌道相互作用はトポロジカル絶縁体や強磁性体の磁気異方性等に重要な役割を果たすとともに,電子スピンの電気的操作を可能にするが,GaSeのスピン軌道相互作用の起源について実験的な知見はなかった。

研究グループは,作製したGaSe薄膜トランジスタについて,弱反局在理論とのフィッティングからスピン軌道相互作用の強さを評価したところ,III-VI族層状半導体GaSeは,同程度のエネルギーギャップ,価電子帯のスピン分離をもつIII-V族半導体GaAsに比べて10倍以上スピン軌道相互作用が強くなることを見いだした。また,バックゲート電圧依存性から,ラッシュバ型のスピン軌道相互作用であることが確認された。

一方,原子層GaSeではゲート電圧によって磁性体に転移することが理論的に予言されており,電界による磁性体転移とラッシュバ効果を組み合わせると磁性体を用いることなくGaSeのみで全GaSeスピントランジスタを構成することが可能となることが期待されるとしている。

その他関連ニュース

  • 横国大,単一電子スピン制御の高効率・高精度化に成功
    横国大,単一電子スピン制御の高効率・高精度化に成功 2018年06月19日
  • 技科大ら,ストレスによるスピン素子の小型化を提示 2018年06月11日
  • 東大ら,n型強磁性半導体ダイオードの磁気伝導度を制御 2018年06月06日
  • 東大ら,反強磁性スピンを小さな磁場で操作 2018年06月06日
  • 理研ら,隣り合わないスピン量子ビット間の量子もつれを生成
    理研ら,隣り合わないスピン量子ビット間の量子もつれを生成 2018年05月31日
  • 東大ら,Co/Pd界面で磁化方向が揃うメカニズムを解明 2018年05月31日
  • 東北大,スピン流スイッチの原理を発見・実証 2018年05月30日
  • 東大ら,バルク/薄膜結晶で異なるスピン状態を観測 2018年05月15日