これまでの主な研究

主な論文

Ni/Pd fine particles
"Magnetic Properties and Pd-H Micibility Gap in Ni/Pd Composite Fine Particles"
J. Appl. Phys., 79, 5126-5128 (1996).
"Exchange Enhancement of Pd Coated on Ni Fine Particles"
J. Phys. Soc. Jpn., 66, 831-838 (1997).

NiO/Pd multilayers
"Structural and Magnetic Properties of NiO/Pd Multilayers"
J. Magn. Magn. Mater., 177-181, 1191-1192 (1998).
"Appearance of Ferromagnetism induced by Proximity Effect and Exchange Enhancement in Multilayer Consisting of Antiferromagnetic NiO and Paramagnetic Pd"
J. Phys. Soc. Jpn., 68, 334-337 (1999).
"Magnetization Properties of NiO/Pd Several Layered and Multilayered Films"
Solid State Commun., 109, 621-624 (1999).
"Temperature Dependence of Magnetization and Electrical Resistivity of Weak Itinerant Ferromagnetic Pd in NiO/Pd Multilayers"
J. Phys. Soc. Jpn., 68, 3677-3681 (1999).
"Epitaxial Growth of NiO/Pd Superlattice by Reactive Evaporation Method"
Thin Solid Films, 374, 21-26 (2000).

・半導体上に成長した強磁性金属・強磁性半導体

　半導体と強磁性体を組み合わせるためには、半導体とマッチングのよい強磁性体の探索が重要であり、様々な物質の成長とその特性について調べてきた。 　理論的にハーフメタルと期待される閃亜鉛鉱型CrAsの合成について作製を行い、様々な特性について調べた。
　室温で強磁性を示すMnAsはGaAs上にエピタキシャルに成長し、表面構造と磁区構造の関連性について調べた。膜厚に依存して強磁性相と常磁性相の分離が起こるとともに、はしご状構造といった興味深い磁区構造を示し、磁化履歴によっても磁区構造が大きく変化することが分かった。強い磁気異方性から磁気抵抗効果も磁場方向に大きく依存し、弱磁場領域で規則的に導入された磁壁による散乱と思われる磁気抵抗を観測した。
　強磁性半導体GaMnAsは、窒素のドープによりp-d混成が増強され強磁性転移温度の上昇が理論的に予測されているため、GaMnNAsの合成と磁気特性の評価を行なったが、as depo状態ではNドープは強磁性転移温度の減少および磁気特性の劣化を示すことが確認された。

主な論文

CrAs
"Material Design of Half-Metallic Zinc-Blende CrAs and the Synthesis by Molecular-Beam Epitaxy"
Jpn. J Appl. Phys., 39, L1118-L1120 (2000).

MnAs
"Magnetic Pole Pinning at Rectangular Defects on MnAs/GaAs(001)"
Surf. Sci. ,550, 192-198 (2004).
"Magnetotransport Properties of MnAs Film on GaAs(001) Substrate"
J. Magnetics, 11, 5-7 (2006).
"Direct observation of magnetic domain structures of MnAs films on GaAs"
Surf. Sci. 600, 3492-3495 (2006).
"Thickness dependence of magnetic domains of MnAs films",
Surf. Sci. 600, 4155-4159 (2006).
"Magnetoresistance of Epitaxially Grown MnAs Films on GaAs Substrates"
J. Appl. Phys, 102, 033920(1-5) (2007).

GaMnNAs
"Epitaxial growth and magnetic properties of GaMnNAs"
J. Crystal Growth, 301-302, 647-650 (2007).
"Structural and Mangetic Properties of Nitrogen Doped GaMnAs"
Jpn. J. Appl. Phys., 47, 6297-6301 (2008).

・半導体へのスピン注入・半導体からのスピン検出

　強磁性金属／絶縁体（トンネル障壁）／半導体の構造を用いてスピン注入・検出の実験を行なった。スピン検出においては、円偏光の照射によりGaAs内にスピン偏極電子を生成し、強磁性体電極における電流の偏光依存性を調べた。詳細な励起波長依存性から、観測される電流の円偏光の依存性は主に上部電極の磁気円二色性が原因であることを報告し、この半導体内の電気的スピン検出は現在においても半導体スピントロニクスの解決すべき問題の一つとなっている。(Spin detection)
　GaAs基板上のFeのエピタキシャルに成長について調べ、そのFe薄膜にAl₂O₃ とCoとを組み合わせることにより、強磁性トンネル接合および強磁性トンネルトランジスタを試作しその特性を調べた。高バイアスにおける磁気電流比の増大が観測され、これはFeの電子状態密度を反映したホットエレクトロンのスピンフィルター効果だと結論した。（Magnetic Tunnel Transistor)
　スピン注入では発光ダイオード構造と組み合わせ、GaAs内に注入された電子のスピン偏極度を円偏光の偏光度として検出するが、Co電極を用いて室温で約２％のスピン注入に成功した。トンネル障壁層を従来のアモルファスからエピタキシャルMgOに偏光すると共に、スピン注入電極としてスピン偏極率が高く垂直磁化を持つFePtを用いて、スピン注入効率の向上と不揮発性スピンLEDの実現を目指した実験を進め、室温・零磁場でのスピン注入を実証した。(Spin injection)
　また、２次元電子ガスへのスピン注入にも取り組み、オランダGroningen大学における在外共同研究で強磁性電極や量子ポイントコンタクトを用いた実験を行った。コンダクタンスの量子化と磁場による準位の分裂を観測することができ、スピン注入電極・スピンフィルターへの応用を検討した。

主な論文

Magnetic Tunnel Transistor
"Growth of Fe(100) on GaAs(100) for tunnel magneto-resistance junction"
J. Crystal Growth, 237-239, 1378-1382 (2002).
"Enhanced TMR Signal in a Spin-Valve Transister"
Toward the Controllable Quantum State (World Scientific): Proc. of the Inter. Symp. on Mesoscopic Superconductivity and Spintronics, 44-47 (2003).

Spin detection and injection
"Transport Properties of Ferromagnet/Insulator/Semiconductor Tunnel Junction"
J. Appl. Phys., 91, 10130-10133 (2002).
"Spin polarized light-emitting diode using metal/insulator/semiconductor structures"
Appl. Phys. Lett., 81, 694-696 (2002).
"Spin detection and injection using ferromagnetic metal and semiconductor hybrid structures"
Proc. of International Conference on MEMS, NANO and Smart Systems, 142-147 (2003).
"Growth Condition Dependence of spin-polarized electroluminescence in Fe/MgO/light-emitting-diodes"
J. Appl. Phys, 102, 083914(1-4) (2007).
"Electrical spin injection from perpendicular magnetized FePt/MgO tunneling junction into GaAs at room temperature "
J. J. Appl. Phys, 46, L4-L6 (2007).
"Electrical Spin Injection in Perpendicular Magnetized FePt/MgO/GaAs Heterostructures at Room Temperature"
Journal of Superconductivity and Novel Magnetism, 20, 405-408 (2007).
"Electrical Spin Injection from an Iron-rich Iron Platinum Thin Film into Gallium Arsenide"
J. Nonlinear Opt. Phys. Mater., 17, 105-109 (2008).

・磁気抵抗スイッチ効果

磁気抵抗スイッチ効果は、ある閾値電圧以上で生じるアバランシェ・ブレークダウンとそのブレークダウンが磁場によって抑制されることから生じる非常に大きな磁気抵抗効果である。強磁性金属と半導体からなる複合構造でこの現象が発見され研究してきたが、半導体上に非磁性金属である金の微小ギャップ電極をもつプレーナ型素子においても同様なスイッチ効果が現れることが分かった。強磁性体が関連しないにもかかわらず磁場効果が生じるため、この機構解明に取り組んだ。

主な論文

Magnetoresistive switch effect
"Magnetic-field-controllable avalanche breakdown and giant magnetoresistive effects in Gold/semi-insulating-GaAs Schottky diode"
Appl. Phys. Lett., 85, 5643-5645 (2004).
"Magnetic-field dependence on electroluminescence properties in metal-insulator -metal device consisting of Au / GaAs junctions"
Jpn. J. Appl. Phys., 45, 5685-5688 (2006).



・半導体の磁場中応答に関する研究
　半導体（ナローギャップ系２次元電子ガス）の磁場中における電気伝導特性の評価を行っています。

　ナローギャップ半導体の電気伝導特性　（旭化成・野口研究所との共同研究）　
　　ナローギャップ半導体は移動度が大きく、高感度磁気センサーや高速トランジスタに向いています。
　　InSbやInAsSbの２次元電子ガスの磁気抵抗効果やスピン軌道相互作用について検討しています。

主な論文

S. Ishida, T. Manago, K. Oto, A. Fujimoto, H. Geka, A. Okamoto, I. Shibasaki
"Negative and Positive Magnetoresistance in Variable-Range Hopping Regime of non-doped AlInSb/InSb Quantum Wells"
Narrow Gap Semiconductors 2007: Proc. of the 13th Int. Conf. on Narrow Gap Semiconductors (Tayler & Francis), 202-207 (2008).
A. Fujimoto, S. Ishida, T. Manago, K. Oto, H. Geka, A. Okamoto, I. Shibasaki
"Extrinsic Electrons and Carrier Accumulation in Al_xIn_1-xSb/InSb Quantum Wells: Well-Width Dependences"
Narrow Gap Semiconductors 2007: Proc. of the 13th Int. Conf. on Narrow Gap Semiconductors (Tayler & Francis), 199-201 (2008).
N. Nishizako, T. Manago, S. Ishida, H. Geka, I. Shibasaki
"Quantum transport and spin-orbit interaction in Al_0.1In_0.9Sb/InAs_0.1Sb_0.9 quantum wells."
J. Crystal Growth, 311, 2128-2131 (2009).
T. Manago, N. Nishizako, S. Ishida, H. Geka, I. Shibasaki
"Hall effect and magnetoresistance analysis by electron-hole coexisting model in AlInSb/InAsSb quantum wells"
J. Crystal Growth, 311, 1711-1714 (2009).
S. Ishida, T. Manago, N. Nishizako, H. Geka, I. Shibasai,
"Spin-orbit interaction and negative magnetoresistance for localized electrons in InSb quantum wells"
Physica E, 42, 984-986 (2010).
N. Nishizako, T. Manago, S. Ishida, H. Geka, I. Shibasaki
"Carrier Density Dependence of Spin-Orbit Interaction in InAsSb Quantum Wells"
Physica E, 42, 975-978 (2010).
T. Manago, N. Nishizako, S. Ishida, H. Geka, I. Shibasaki, K. Makise, K. Mitsuishi
"Doping Level Dependence of Transport Properties in InAsSb Quantum Wells"
Physics Procedia, 3, 1219-1224 (2010).
S. Ishida, T. Manago, I. Shibasaki, H. Geka, A. Okamoto
"Accumulation of Localized Electrons in Sn Doped InSb/Al_xIn_1-xSb Quantum Wells"
Physics Procedia, 3, 1213-1218 (2010).



・微小磁性体や磁性薄膜の磁区構造に関する研究　

　強磁性薄膜の磁区構造を、磁気力顕微鏡による測定とマイクロマグネティックシミュレーションにより解析。有機金属堆積法による磁性酸化物薄膜の形成と微細加工および電気伝導特製の評価と磁区観察。

　マイクロマグネティックシミュレーション　（物質材料研究機構、産総研、山口大との共同研究）
　　磁性体は磁区という磁化のそろった領域で分割された構造をとりますが、微小磁性体では磁区構造を制御することができます。磁性ナノワイヤー、磁性ドットや特殊な磁区構造を示すMnAs薄膜のシミュレーションを行い、磁性の制御を検討しています。また、カーボンナノチューブを用いた高解像度磁気力顕微鏡の開発にシミュレーションの立場から検討しています。

主な論文
"Ladder-type Magnetic Structures in MnAs Epitaxial Films - Measurements and Micromagnetic simulations"
J. Appl. Phys., 104, 093901 (2008).



・有機金属堆積法と微細加工に関する研究
　有機金属堆積法(MOD法）による超伝導薄膜や磁性薄膜の形成と微細加工。
　
　　超伝導ナノワイヤーの作製と電気伝導特性　（産総研との共同研究）
　　ナフテン酸やオクチル酸を用いたYBCO薄膜の作製を行っています。また、この作製過程に電子線リソグラフィーを組み合わせることにより、超伝導ナノワイヤーの作製工程の大幅簡略化を目指しており、このように作製した超伝導回路の電気伝導特性を測定しています。

　　磁性酸化物ドットの作製と磁性測定　（産総研との共同研究）
　　MOD法による酸化鉄の作製と、作製条件による磁性の変化を調べています。また、この微細加工にも取り組んでいます。

主な論文

T. Manago, T. Sonobe, I. Yamaguchi, F. Takano
"Lattice template effect on epitaxial g-Fe₂O₃ films prepared by metal organic deposition"
J. Appl. Phys, 107, 053908 (4 pages) (2010).
D. Tanabe, K. Tsukada, I. Yamaguchi, T. Manago
"Preparation of YBa₂Cu₃O_7-d Micro-Patterns by Metal Organic Deposition with Electron Beam"
Jpn. J. Appl. Phys, 49, 081101 (4 pages) (2010).
D. Tanabe, K. Tsukada, I. Yamaguchi, T. Manago
"Preparation of YBa₂Cu₃O_7-d Patterned Film using Metal Organic Deposition with Electron Beam Irradiation"
Jpn. J. Appl. Phys, 51 113101 (5 pages) (2012).



・強磁性ナノワイヤーに関する研究
　電子ビームリソグラフィーを用いた微細加工により強磁性金属や常磁性金属を組み合わせたナノワイヤーを作製、磁場中における電気伝導特性の評価。常磁性を組み合わせると、スピン注入実験などに発展していきます。

　磁性zig-zagワイヤーの磁気抵抗効果
　　微小磁性体の電気伝導制御は、金属スピントロニクス分野で非常に重要な技術です。
　　NiFeのzig-zagワイヤーを用いて、異方性磁気抵抗効果や磁壁抵抗を観測するとともに、マイクロマグネティックシミュレーションと組み合わせて、その結果を解析しています。

主な論文

T. Manago, K. Kanazawa, T. Kera
"Magnetoresistance of NiFe nanowire with zigzag shape"
J. Magn. Magn. Mater., 321, 2327-2330 (2009).