【研究領域課題番号】18K18996 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子ドット / 量子情報 / 量子デバイス / スピンデバイス / スピン軌道相互作用

【研究成果の概要】

将来的にダイヤモンド量子構造中の伝導キャリアのスピン輸送を実現し、スピンダイナミクスに関わる根本の物理を解明するため、その基盤技術を開発した。素子については、構造検討、素子設計を行い、物理の解明に向けては、国内外の研究者らとの議論や第一原理計算も含めた理論的アプローチを進めることで、電子状態に関する理解を深めた。測定系の構築については、高周波系を導入し、順調に進めることができ、シリコン系素子を用いてこの測定系の構築が正しく行えたことを確認した。

【研究の社会的意義】

本研究は、量子構造におけるスピンダイナミクスに関わる根本の物理解明に向けた、萌芽的な研究に位置づけられる。高周波系を導入した測定系の構築について、シリコン系素子を用いて正しく行えたことを確認しただけでなく、量子構造のポテンシャルをゲート電極によって調整し、ソースドレイン間を流れる電流を測定することで、スピンブロッケードを観測し、スピンダイナミクスに関わる根本の物理を解明するための要素技術を開発できた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2018-06-29 - 2021-03-31

【配分額】6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】17H04922 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

Fe系強磁性半導体 / 室温強磁性 / スピンバルブ効果 / 近接磁気抵抗効果 / 奇関数磁気抵抗効果 / スピン三重項超伝導 / デルタドーピング / スピントランジスタ / スピントロニクス / 強磁性半導体 / 磁気近接効果 / 量子情報 / スピンデバイス / 量子情報デバイス / 磁気異方性 / 巨大磁気抵抗効果 / スピントランジスター / Feドープ強磁性半導体 / 室温強磁性半導体 / 低温分子線エピタキシー / 強磁性共鳴 / 磁気トランジスタ / スピンポンピング / スピン電界効果トランジスタ / スピン注入 / 半導体ヘテロ接合 / 分子線エピタキシー

【研究成果の概要】

本研究はFe系狭ギャップFMSの磁気物性とデバイス応用を開発した。高いキュリー温度（TC）を持つp型とn型Fe系FMS両方の作製に成功し、禁制帯が狭い材料の方TCが高くなるという従来のFMSと逆な傾向が見て取れた。これらの強磁性発現機構、バンド構造、磁気異方性を明らかにしたより、高TCのFMSへの新しい設計指針を提案した。FeドープGaSb/InAsヘテロ構造で、デバイス応用に必要不可欠のスピンバルブ効果、そして新しい巨大磁気近接抵抗、奇関数磁気抵抗を実証し、本分野を大きく前進させた。更に(In,Fe)Asでスピン三重項超伝導を実現し、超伝導スピントロニクスの新たな融合分野へも導いた。

【研究の社会的意義】

本研究はFe系強磁性半導体（FMS）で本来のFMSの問題をすべて克服しただけでなく、多くの固定観念を覆す結果も次々と発見した。特に大事な結果は高TCのFMS材料の実現に成功し、その強磁性発現機構及び材料設計指針を色々明らかになった。また本研究で初めて観測できた新しい磁気抵抗効果はどれも新規性と応用性が高い。このように本研究が半導体磁性全般を理論上と応用上の両側面で大きく前進させたと言える。更に、強磁性体と超伝導体を融合した新しい分野にパラダイムシフトすることも期待できる。半導体に「スピン」と「超伝導」を組み込むことより、今後求められる低消費電力や新機能を持つデバイスの創製に大きく貢献できる。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2017-04-01 - 2020-03-31

【配分額】21,320千円 (直接経費: 16,400千円、間接経費: 4,920千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】26709023 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子デバイス / スピンデバイス / 量子情報 / 量子ドット / スピン / シリコン / 正孔 / 電荷センサ

【研究成果の概要】

本研究の目的は、新構造のシリコン量子ドットを開発し、スピンを情報の担い手として用いる量子計算の物理の解明、ハードウェアのための基本技術の実現を行うことにあった。将来的に既存シリコンテクノロジーと量子計算機の融合を目指すものであった。物理としては、シリコン量子ドット構造に特有のスピン緩和要因、バレーやスピンの関与する電子輸送特性を明らかにした。技術としては、Si基板やSi/SiGeヘテロ基板を利用した独自の量子ドット構造を作製した。また、Si基板から作製したMOS型新構造量子ドットやSiGeヘテロ基板を利用した新構造シリコン量子ドットに適したスピン操作技術や検出法を開発した。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2014-04-01 - 2018-03-31

【配分額】24,440千円 (直接経費: 18,800千円、間接経費: 5,640千円)

【研究分野】電子デバイス・電子機器

【研究領域課題番号】26630151 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

量子デバイス / スピンデバイス / 量子情報 / 量子ドット

【研究成果の概要】

将来的な量子光通信への応用を目指し、シリコン量子ドット素子の開発を行った。サイズの異なるシリコン量子ドットを２つ結合させた素子を作製し、各量子ドットにおける量子的なエネルギーの異なる状態を実現した。また、安定的に動作するシリコン量子ドットを実現した。具体的には、薄膜化したシリコンを用いて量子ドットを作製し、量子ドットの帯電エネルギーの増大を実証した。大きな帯電エネルギーは、光照射時の素子の安定性のために必要である。
これらの成果は、学術論文誌や、国際会議、国内学会において公表を行った。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2016-03-31

【配分額】3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)