金属が半導体に化ける可能性 －超薄膜の白金がトランジスタ特性を発揮することを発見－京都大学

白石誠司 工学研究科教授、セルゲ◯・ドゥシェンコ 同博士研究員（研究当時、現：米国標準化研究所及びメリーランド大学研究員）、外園将也 同修士課程学生らの研究グループは中村浩次 三重大学准教授と共同で、金属である白金を極めて薄い膜（超薄膜）にしたとき、シリコンなどの半導体で実現されるトランジスタ特性（材料の抵抗を外部電圧で制御する特性）が現れること、さらにそれに伴って白金がスピンを電流に変換する「スピン軌道相互作用」という機能を大幅に変調・制御ことができることを世界で初めて発見しました。

　固体物理学における常識を覆す発見であり、特にエレクトロニクスやスピントロニクス分野の新しい発展に繋がる成果です。

　本研究成果は、2018年8月7日に英国の国際学術誌「Nature Communications」にオンライン掲載されました。

■概要
　今日の情報社会の隆盛をもたらしたトランジスタは、半導体（現在は一般的にシリコンが用いられる）中のキャリア（電子または正孔）をゲート電圧で誘起することで、抵抗の大きさを制御し、情報のオンとオフを操作します。

　しかし、金属は一般的にキャリアの数が非常に多いために、ゲート電圧によってキャリアを誘起しても、抵抗を変えることは困難でした。

　本研究グループは、まず2ナノメートルという極めて薄い白金（Pt）の膜（超薄膜）を、磁性絶縁体であるイットリウム鉄ガーネット（YIG）の上に作製しました。そして、このPt超薄膜の上にイオン液体をのせて強いゲート電圧をかけたところ、上記のような半導体で実現されるトランジスタ特性が現れることを発見しました。

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■今回の研究で用いた素子の構造図と実験の概念図
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/images/180807_1/01.jpg

http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/images/180807_1/02.jpg

京都大学
http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2018/180807_1.html