バッテリー駆動する次世代スピン発光デバイス技術への道を切り拓く成果

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2023-05-09

engineering

{'items': [{'key': 'dvo63', 'term': '窒化ガリウム（GaN） ', 'description': {'blocks': [{'key': 'ovgu', 'text': 'ガリウムと窒素から成る化合物半導体。青色発光ダイオード(LED)、レーザーダイオードなどの半導体発光デバイスや、半導体パワーデバイスなどの電子デバイスの半導体材料として用いられている。2014年のノーベル物理学賞に、青色LEDを開発した3人の日本人研究者(赤﨑勇教授、天野浩教授、中村修二教授)が選ばれている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '8spni', 'term': 'スピントロニクス', 'description': {'blocks': [{'key': 'mc9u', 'text': '電子の電荷とスピン(角運動量)の両方の自由度を積極的に利用することにより、新機能デバイスの開発を目指している研究分野のこと。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'em61u', 'term': 'ホイスラー合金', 'description': {'blocks': [{'key': 'fkgg', 'text': 'ホイスラー合金は構成原子が規則正しく配列した規則合金であり、その構成元素や規則性に依存して様々な特性を示す。特に、強磁性ホイスラー合金では完全にスピン偏極した状態の材料が理論的に予想されており、高性能なスピントロニクス材料として注目を集めている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '93enn', 'term': 'エピタキシャル成長', 'description': {'blocks': [{'key': 'di5co', 'text': '薄膜結晶成長技術のひとつで、単結晶基板上に結晶方位が揃った薄膜を結晶成長させる技術。一般に、基板結晶と格子定数が近く、原子配列が同じである場合、非常に良質な薄膜が得られる。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '1iovp', 'term': 'スピン発光デバイス', 'description': {'blocks': [{'key': '3roag', 'text': 'スピンLEDは、片方の電極を強磁性層とし、半導体量子井戸を発光層とするLEDのこと。強磁性電極を用いてスピン角運動量の揃った電子を注入、再結合させることによって、円偏光(振幅の方向が時間の経過で円を描く光)を得ることができる。レーザー発振させることができれば、コヒーレントな(位相のそろった)円偏光を得ることができる。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'b16r9', 'term': '絶縁体トンネルバリア層', 'description': {'blocks': [{'key': '3sp7d', 'text': '強磁性金属から半導体に電流を注入すると、半導体にスピン偏極状態が生成されるが、金属と半導体では電気伝導度が大きく異なるため、電気伝導度の高い強磁性金属にスピンが吸収されてしまい、半導体へのスピン注入は実現しない。強磁性金属と半導体の間に膜厚が非常に薄い絶縁体(絶縁体トンネルバリア層)を挿入し、スピン吸収現象を抑制することで、半導体へのスピン注入が実現するが、高抵抗電極構造となってしまうため、低消費電力動作の妨げとなっている。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '10rvj', 'term': 'スピン注入効率', 'description': {'blocks': [{'key': '1j1l3', 'text': '強磁性金属から半導体にスピン偏極した電流を注入して、半導体にスピン偏極状態がどれくらい生成されるかを表す指標。半導体スピントロニクスデバイスを設計する上で重要な性能指標である。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'ds39b', 'term': 'ショットキートンネル直接接合', 'description': {'blocks': [{'key': '3imup', 'text': '金属と半導体を接触させると、金属と半導体の組合せによって２種類の電流電圧特性(整流性を示すショットキー特性、線形性を示すオーミック特性)が生じる。整流性を示す金属/半導体接合においては、その界面にショットキー障壁と呼ばれるポテンシャル障壁が形成されるが、半導体の不純物濃度を増加させ、ショットキー障壁の厚みを非常に薄くすると、ショットキー障壁をトンネルする電流が流れるようになる。そのような電流電圧特性を示す金属/半導体接合のこと。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': '1mdlp', 'term': 'スピン緩和時間', 'description': {'blocks': [{'key': '4sik9', 'text': '電子のスピンの情報(磁石の性質)を保持する時間のこと。固体中では、母体材料、外部温度、不純物量などにより変化する時間であり、スピントロニクスデバイスへの応用を考慮すると長い方が良い。半導体スピントロニクスデバイスを設計する上で重要な物性値である。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}, {'key': 'njk', 'term': 'スピン偏極状態', 'description': {'blocks': [{'key': '846df', 'text': '電子のスピンには上向きと下向きの２種類の状態があり、それが偏っている状態のこと。', 'type': 'unstyled', 'depth': 0, 'inlineStyleRanges': [], 'entityRanges': [], 'data': {}}], 'entityMap': {}}}]}

['es', 'eng']

['山田晋也', '加藤昌稔', '浜屋宏平', '市川修平', '藤原康文']

今回の研究成果は、異分野(半導体分野)の研究者である先生方との共同研究によるものです。2018年に共同研究を開始し、論文掲載に至るまで約5年かかりましたが、異分野融合研究を推進することができ、私にとって非常に思い入れのある研究成果です。関係者の皆様に改めて感謝申し上げますとともに、今回の研究成果をさらに発展させられるよう、研究を進めていきたいと思います。

山田晋也

准教授

基礎工学研究科

https://rd.iai.osaka-u.ac.jp/ja/64485a288afe36be.html?k=%E5%B1%B1%E7%94%B0%E6%99%8B%E4%B9%9F