独立行政法人日本原子力研究開発機構/国立大学法人東京大学

独立行政法人日本原子力研究開発機構
国立大学法人東京大学

新しい磁性半導体の開発に成功
−スピントロニクス応用へ道を拓く−

【発表のポイント】

中国科学院 教授、米国コロンビア大学植村泰朋教授、日本原子力研究開発機構(以下「原子力機構」)先端基礎研究センター前川禎通センター長、及び東京大学大学院理学系研究科内田慎一教授 等の国際協同研究グループは、新しい磁性半導体であるLi(Zn,Mn)Asの開発に成功しました。この物質は従来の磁性半導体とは異なり磁気的性質と電気的性質を独立に制御でき、また将来の物質開発によりp型とn型の両方の性質を取り得ると予想されることから、磁性半導体によるp-n接合1)への道を拓く可能性があり、スピントロニクスの応用領域を大きく広げることが期待されます。

従来のエレクトロニクスは、主として電子の持つ電気的性質のみを利用しています。一方で、電子は磁気(スピン2))も持っているため、磁気を利用したエレクトロニクスが次世代のエレクトロニクスとして、期待されています。これがスピントロニクス3)で、その材料が半導体に磁気を持たせた、磁性半導体と呼ばれるものです。しかし、これまでは磁気的性質と電気的性質を独立に変えることができる材料がなく、電子回路に不可欠なp-n接合などの素子が作れませんでした。

本研究では、リチウムとマンガンの含有量を少しずつ変えた試料を作成し、それらの試料特性を詳しく調べた結果、リチウムが過剰な場合においてLi(Zn,Mn)Asに強磁性4)が発現してp型半導体5)となることを見出しました。また、今回開発された材料が均一な磁性を示すことを、ミュオンスピン緩和測定により明らかにし、スピンを効率よく操作できることが分かりました。これらはLi(Zn,Mn)Asがスピントロニクス材料として極めて有望であることを示しています。

また、高い超伝導転移温度を示す鉄系超伝導体と結晶構造が類似しており、これと組み合わせることで超伝導トンネル素子も可能となるなど、様々な応用にもつながる成果です。

本研究は、原子力機構の先端基礎研究センターが行っている、黎明研究・国際共同研究プロジェクト(研究代表:植村泰朋コロンビア大学教授)の一環として行われたもので、本研究成果は、英国のインターネット雑誌「Nature Communications」(8月9日16:00現地(ロンドン)時間)に掲載されます。

以上

参考部門・拠点:先端基礎研究センター

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