強磁性半導体の世界最高のキュリー温度を実現~スピン機能半導体デバイスの実現へ前進~

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2025-05-27 東京科学大学

東京科学大学(Science Tokyo)と東京大学の研究チームは、強磁性半導体 (Ga,Fe)Sb において、世界最高のキュリー温度530K(257℃)を達成しました。これは、従来の最高値420Kを大幅に上回る成果です。研究では、ステップフロー成長法を用いて高濃度の鉄(Fe)を添加しつつ高品質な結晶を形成することに成功しました。この手法により、室温動作が可能なスピン機能半導体デバイスの実現が期待されます。研究成果は2025年4月24日付で『Applied Physics Letters』に掲載されました。

強磁性半導体の世界最高のキュリー温度を実現~スピン機能半導体デバイスの実現へ前進~

図1. 通常の半導体と強磁性半導体の結晶構造

<関連情報>

近接GaAs基板上にステップフローモードで成長した(Ga,Fe)Sb強磁性半導体の非常に高いキュリー温度(470-530 K)
Very high Curie temperature (470–530 K) in (Ga,Fe)Sb ferromagnetic semiconductor grown by step-flow mode on vicinal GaAs substrates

Pham Nam Hai ;Ken Takabayashi;Kota Ejiri;Masaaki Tanaka
Applied Physics Letters  Published:April 24 2025
DOI:https://doi.org/10.1063/5.0227990

Narrow-gap Fe-doped III–V ferromagnetic semiconductors (FMSs), such as (In,Fe)Sb, (Ga,Fe)Sb, and (In,Fe)Sb, are promising candidates for active semiconductor spintronic devices thanks to their high Curie temperature (TC). In this work, we show that by growing (Ga,Fe)Sb thin films by the step-flow mode on vicinal GaAs (100) substrates with a high off-angle of 10°, we can achieve high-quality (Ga0.76,Fe0.24)Sb FMS with TC as high as 470–530 K, which are the highest TC reported so far for FMSs. The magnetic moment of Fe atoms in our sample reaches 4.5 μB/atom, which is close to the ideal magnetic moment of substitutional Fe3+ atoms (5 μB/atom) in a zinc blende crystal structure, and is twice that of α-Fe metal. Our work establishes a growth technique of very high TC FMSs for room-temperature semiconductor spintronic devices.

0403電子応用
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