強磁性半導体によるスピントロニクス・デバイスの開発

[慶應スピントロニクス 研究連携先 - 大野研究室 , 東北大学]

東北大学 電気通信研究所 ナノ・スピン実験施設では、大野英男教授を中心に半導体と磁性体の両方の性質を合わせ持つ強磁性半導体の基礎研究に取り組んでいます。

Q「半導体とそれから磁性体、つまり集積回路を作る材料とハードディスクを作る材料というのは別々なものですけども中を考えていくと同じ電子の違う側面を使ってると。電気を使っているという事と小さな磁石であるという事を別々に使ってると。じゃあ一緒にしてみたらば新しい機能、あるいは新しい現象というものが我々がいうような形として現象が見えてくるんじゃないかと。」

今まで個別に研究が進められていた半導体と磁性体の性質を合わせ持つ強磁性半導体の開発が進めば、電荷を使わない高性能不揮発メモリや再構成が可能な論理回路等への応用が可能になると期待されています。
大野英男研究グループで研究を進める松倉准教授はその基礎研究として、Ⅲ-Ⅴ属化合物半導体の中でもガリウムひ素やインジウムひ素といった材料に着目し、磁性元素であるマンガン元素をドーピングし強磁性を発現させる研究開発をおこなっています。

Q「そもそも強磁性半導体というものは我々が開発した材料で、実際何に使えるか分からないまま研究を進めてきました。で色んな方々を交流をとって、ああこういう事に使えるんじゃないか、ああいう事に使えるんじゃないかという事で研究を進めてます。
それはもちろん材料作製だけじゃなくて実際に素子に加工して将来どういう応用の可能性があるかという事も探索してます。」

磁性の研究開発に長い歴史と膨大な知識を持つ東北大学 電気通信研究所では、スピントロニクスの未来を支える強磁性半導体の研究開発にも多くの学生が参加しています。

Q「僕たちが研究している強磁性半導体というのは、半導体と磁石っていう二つの特性を合わせ持った材料なんですけど、今までの磁性体では見られていないような興味深い物理現象、新しい物理現象というものが見れる、新しい物理の場を提供する材料として興味深く研究をしています。」

Q「今まで半導体材料で培ってきた技術を活かしまして、室温での動作を目指して金属材料での電界による磁化反転、磁化方向制御を研究しています。
実験の準備や結果が出るまでにすごく苦労はあるんですが、その苦労の分よい結果が出た時に喜びが一入といいますか感慨深いものがあります。」

日々の研究では、いつも思う様な結果が出るとは限りません。
大野英男教授はそんな研究開発の面白さについてこう語ります。

Q「まず最初には磁石にならないかもしれないけどもまずやってみようと、面白そうだからやってみようと、思ったら磁石になったと。それは一つの大きなサプライズで、そういうサプライズがある期間毎にあったから今まで続けてこれたのかなと思いますね。
実際には毎日やってる事は、こういう風になるはずだろうとかこういう風にしたいとか思ってるんですけど、なかなか上手くいかない。
常に壁を押したり探ったりして向こう側に行きたいのに行けないっていうのが大体の毎日で、時々ファッと光が差して少し前に進んで、っていうのがまあ研究の面白さなんだと思いますけど。」

半導体と磁性体、そして新たな高機能スピントロニクス ・デバイスへの架け橋となる強磁性半導体。
東北大学 ナノ・スピン研究施設では未来に繋がる研究結果を求め、更なる開発を進めていきます。

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