[論文レビュー] Band Structure of EuO/Si Spin Contact: Justification for Silicon Spintronics

L. L. Lev, Dmitry V. Averyanov+5 more|arXiv (Cornell University)|Mar 15, 2016

Rare-earth and actinide compounds被引用数 3

ひとこと要約

本研究では、酸化ユーロプチウム/シリコンヘテロジャンクションの電子的バンド構造をソフトX線角度分解光電子分光法（ARPES）を用いて調査し、シリコンスピントロニクスへの応用可能性を評価した。主な発見は、界面における伝導帯オフセットが1.0 eVであることであり、この結果は、シリコンへのスピン偏極キャリア注入を効率的に行うための技術的潜在可能性を裏付けている。

ABSTRACT

Silicon spintronics requires injection of spin-polarized carriers into Si. An emerging approach is direct electrical injection from a ferromagnetic semiconductor - EuO being the prime choice. Functionality of the EuO/Si spin contact is determined by the interface band alignment. In particular, the band offset should fall within the 0.5-2 eV range. We employ soft-X-ray ARPES to probe the electronic structure of the buried EuO/Si interface with momentum resolution and chemical specificity. The band structure reveals a conduction band offset of 1.0 eV attesting the technological potential of the EuO/Si system.

研究の動機と目的

• シリコンスピントロニクスへの応用を目的とした、EuO/Siヘテロインターフェースにおけるバンド整列の評価。
• EuO/Si界面におけるバンドオフセットが、スピン偏極キャリア注入に最適とされる0.5–2 eVの範囲に収まるかどうかを特定すること。
• 運動量分解能および化学的特異性を備えた直接的な実験的証拠を提供し、埋め込まれたEuO/Si界面の電子的構造を明らかにすること。
• スピン注入に向けたフェロ磁性半導体接触としてのEuOの使用を正当化すること。

提案手法

• 埋め込まれたEuO/Si界面の電子的構造を調査するために、ソフトX線角度分解光電子分光法（ARPES）を用いた。
• 運動量分解測定を用いて、界面のバンド分散および化学状態を取得した。
• 化学的特異性を用いた分析により、EuOおよびSi成分からの寄与を区別した。
• 界面におけるバンド端の整列から、直接的に伝導帯オフセットを測定した。
• 高エネルギー光子を用いて表面を透過し、埋め込まれたヘテロインターフェースに到達した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 EuO/Siヘテロジャンクションにおける正確な伝導帯オフセットは何か？
• RQ2 EuO/Si界面におけるバンド整列は、シリコンへの効率的なスピン偏極キャリア注入を可能にするか？
• RQ3 ソフトX線ARPESは、埋め込まれた半導体ヘテロジャンクションに対して信頼性があり、運動量分解能を備えた電子的構造情報を提供できるか？
• RQ4 バンドオフセットは、スピントロニクス応用において技術的に実用可能な0.5–2 eVの範囲内にあるか？

主な発見

• EuO/Si界面における伝導帯オフセットは、実験的に1.0 eVであると決定された。
• この値は、シリコンへの効率的なスピン偏極キャリア注入に必要な最適な0.5–2 eVの範囲に収まっている。
• ソフトX線ARPESを用いて、運動量分解能および化学的特異性を備えたバンド整列が測定された。
• 結果は、EuO/Si系がシリコンスピントロニクスにおけるスピン接触として技術的に実現可能であることを裏付けた。
• 埋め込まれた界面の電子的構造が直接的にプローブされ、フェロ磁性半導体としてのEuOのスピン注入への応用が妥当であることが検証された。