東京大学,科学技術振興機構（ＪＳＴ）

令和４年１１月９日

東京大学
科学技術振興機構（ＪＳＴ）

非磁性／強磁性半導体ヘテロ接合において
磁場の向きを変えると符号が変わる巨大な磁気抵抗効果を発見

～物質中の「対称性の破れ」による特異な電子伝導現象、次世代量子デバイスの可能性～

ポイント

東京大学 大学院工学系研究科 電気系工学専攻の瀧口 耕介 大学院生（研究当時）、Ｌｅ Ｄｕｃ Ａｎｈ（レ・デゥック・アイン） 准教授、白谷 治憲 大学院生および田中 雅明 教授の研究グループは、東京大学 大学院工学系研究科 電気系工学専攻の福澤 亮太 大学院生（研究当時）、東京大学 生産技術研究所の高橋 琢二 教授の研究グループ、福島工業高等専門学校の千葉 貴裕 講師のグループと共同で、全て半導体でできた非磁性半導体／強磁性半導体からなる２層ヘテロ接合を作製し、新しい電子伝導現象を発見しました。通常の物質では磁場を印加したときの電気抵抗の変化（磁気抵抗効果）は磁場の向きを変えても全く同じですが、研究グループが作製した半導体ヘテロ構造では外部磁場の向きを反転させると電気抵抗が２７パーセントも変化する巨大な奇関数磁気抵抗効果を発見しました。この新しい奇関数磁気抵抗は、非磁性半導体層の側面（エッジ）に形成される一次元伝導チャネルにおいて発生し、①試料端（側面）の表面ポテンシャルによる「空間反転対称性の破れ」と②隣接する強磁性半導体からの磁気近接効果による「時間反転対称性の破れ」が同時に存在することに起因していることが判明しました。この現象は、対称性の破れによる巨大電磁気応答がエレクトロニクスに整合性の良い半導体ヘテロ接合で現れたことに意義があり、高感度磁気センサーなど次世代のスピントロニクスや量子デバイスに応用可能と考えられます。

本研究成果は、２０２２年１１月９日（英国時間）に英国科学誌「Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ」のオンライン版に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構（ＪＳＴ） さきがけ「トポロジカル材料科学と革新的機能創出（研究総括：村上 修一）」研究領域における「強磁性半導体を用いたトポロジカル超伝導状態の実現（ＪＰＭＪＰＲ１９ＬＢ）」、ＣＲＥＳＴ「量子状態の高度な制御に基づく革新的量子技術基盤の創出（研究総括：荒川 泰彦）」研究領域における「強磁性量子ヘテロ構造による物性機能の創出と不揮発・低消費電力スピンデバイスへの応用（ＪＰＭＪＣＲ１７７７）」、科学研究費補助金（Ｎｏｓ．１８Ｈ０５３４５、２０Ｈ０５６５０、２０Ｋ１５１６３）、スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク（Ｓｐｉｎ－ＲＮＪ）、文部科学省 ナノテクノロジープラットフォーム、ＵＴＥＣ－ＵＴｏｋｙｏ ＦＳＩ、村田学術振興財団の支援を受けて実施されました。

＜プレスリリース資料＞

＜論文タイトル＞

“Giant gate-controlled odd-parity magnetoresistance in one-dimensional channels with a magnetic proximity effect”
ＤＯＩ：10.1038/s41467-022-34177-w

＜お問い合わせ先＞

（英文）“Giant gate-controlled odd-parity magnetoresistance in one-dimensional channels with a magnetic proximity effect”

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