強磁性半導体を用いる電子デバイスでは外部電源を供給しなくても状態を保持できる「不揮発性」、デバイスや集積回路の機能性を書き換えられる「再構成可能性」など、様々な新機能が実現できます。これによって超高速不揮発性メモリや再構成可能な論理回路、柔軟な情報処理など、従来にない新しい機能をもつ次世代の半導体デバイスの創製に繋がると考えられます。 通常の半導体を強磁性にするには、高度な結晶成長技術を駆使して非磁性半導体の一部の原子を磁性原子で置換すること、若しくは半導体／強磁性体の高品質なヘテロ接合を作製することにより実現されています。我々は、Feをナローギャップ半導体に添加することにより世界で初めて室温以上で強磁性を持つP型とN型強磁性半導体の両方を作製することに成功しています。これらのユニーク新規材料の結晶成長と電子/光学/磁気/スピン関連の特性を研究しています。その上で、強磁性半導体を用いたスピントランジスタをはじめとする次世代のスピン電子デバイスを開発しています。

物質中のトポロジカル状態であるマヨラナフェルミオンは次世代のフォールトトレランス のトポロジカル量子計算への応用が大いに期待されています。MFを実現するには、①超伝導状態、②スピン軌道相互作用（SOI）、③スピン分裂の3つの要素を融合したトポロジカル超伝導材料プラットフォームが必要とされます。MF状態を用いた量子演算の大規模化を実現するためには、制御性と集積化に優れた半導体材料の上に「スピン分裂」「強いSOI」「超伝導性」を同時に融合させ、これらの要素をゲート電圧などで制御することが強く要求されています。 本研究では、我々の独自の結晶成長技術で開発したFeドープ強磁性半導体と超伝導体とのヘテロ接合を用いて「超伝導」「強磁性」「トポロジー」を単一半導体材料へ融合することを目指します。この半導体ベーストポロジカル材料プラットフォームにおいてトポロジカル超伝導状態を実現し、これまで不可能だった無磁場下のMF状態の創出と量子情報の基盤技術の開発を目的としています。

トポロジカル材料（半金属、絶縁体など）ではグラフェンのようにエネルギーと運動量（波数ベクトル）との関係（バンド分散）が線形である「ディラック電子」がバルクあるいは表面の電気伝導を担います。ディラック電子は極めて有効質量が小さく、移動度が高いため超高速電子デバイスへの応用が期待されています。また、ディラック電子のスピン方向と運動量方向が強く結合する「スピン・運動量ロッキング」という現象により、「電荷」と「スピン」の両方の自由度を活用するスピントロニクスデバイスや量子情報デバイスに有望です。 実用的なデバイスへの応用には、ポロジカル物質の品質と制御性、既存技術との整合性が常に問われます。我々は半導体技術に整合するトポロジカルディラック半金属、トポロジカルワイル半金属、トポロジカル絶縁体、トポロジカル超伝導材料の結晶成長とトポロジカル物性を開拓して、将来のセンシングデバイス、情報処理、およびストレージ技術への応用の可能性を目指しています。