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ハーフメタル強磁性体/半導体へテロ構造を用いたスピン機能デバイスの創出

Research Project

Project/Area Number 12J02400
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Electronic materials/Electric materials
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

秋保 貴史  北海道大学, 情報科学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2014)
Budget Amount *help
¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000)
Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Fiscal Year 2012: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
Keywordsスピン注入 / ホイスラー合金 / 核スピン制御 / NMR / スピントランジスタ / 半導体へのスピン注入 / スピン軌道相互作用 / 超微細相互作用
Outline of Annual Research Achievements

半導体中の核スピンはコヒーレンス時間が極めて長いため,固体量子情報デバイスへの応用に期待されている.GaAsに偏極した電子スピンを注入すると,超微細相互作用により電子スピンから核スピンに角運動量が移動し(動的核スピン偏極),偏極した核スピンは電子スピンに磁場(核磁場)として作用することが知られている.我々はこれまでに,核磁場をホイスラー合金/GaAsスピンデバイスを用いて電気的に検出することに成功し,核スピン影響下における電子スピンの輸送特性を明らかにした.ホイスラー合金とは,スピン偏極率が100%であることが理論的に指摘されており,半導体への高効率スピン源として期待されている強磁性体材料である.以上の背景から本研究の目的は,ホイスラー合金を用いた高効率スピン注入デバイスにおいて,核スピンのコヒーレント制御を実現することである.
本研究において我々は,核スピンのコヒーレントな振動であるラビ振動をスピン注入デバイスにおいて初めて観測することに成功した.ラビ振動の観測は核スピン量子ビット実現のための第一歩と言える.これまでに,量子Hall系において電気的に,量子井戸において光学的にラビ振動が観測されている.それらの先行研究と比べると,量子Hall系においては,ラビ振動を観測するのに,高磁場・極低温環境(50 mK, 7.3 T)が必要であり,それに対し,スピン注入デバイスにおいては4.2 K, 0.1 T程度の環境でラビ振動が観測された.また量子井戸における光学的手法と比べると光学的手法では,光のスポット径によってデバイスのサイズが制限されるのに対し,スピン注入デバイスは全電気的デバイスであるので微細化が容易に行える.これらのことから,スピン注入デバイスが応用上,核スピン量子ビットへの応用に適していると考えられる.

Research Progress Status

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

26年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2014 Annual Research Report
  • 2013 Annual Research Report
  • 2012 Annual Research Report
  • Research Products

    (19 results)

All 2015 2014 2013 2012 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (15 results) Remarks (2 results)

  • [Journal Article] Effect of CoFe insertion in Co2MnSi/CoFe/n-GaAs junctions on spin injection properties2014

    • Author(s)
      Yuya Ebina, Takafumi Akiho, Hong-xi Liu, Masafumi Yamamoto, and Tetsuya Uemura
    • Journal Title

      Appl. Phys. Lett

      Volume: 104 Issue: 17

    • DOI

      10.1063/1.4873720

    • Related Report
      2014 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Electrical injection of spin-polarized electrons and electrical detection of dynamic nuclear polarization using a Heusler alloy spin source2013

    • Author(s)
      T. Akiho, J. Shan, H. -x. Liu, K. -i. Matsuda, M. Yamamoto, T. Uemura
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 87 Issue: 23

    • DOI

      10.1103/physrevb.87.235205

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Electrical detection of nuclear magnetic resonance in GaAs using Heusler alloy Co2MnSi2015

    • Author(s)
      秋保貴史,蝦名優也,山本眞史,植村哲也,
    • Organizer
      第62回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東海大学 湘南キャンパス,平塚市
    • Year and Date
      2015-03-11 – 2015-03-14
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical detection of nuclear magnetic resonance in GaAs using transient oblique Hanle signals2014

    • Author(s)
      秋保貴史,蝦名優也,山本眞史,植村哲也
    • Organizer
      第75回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学,札幌市
    • Year and Date
      2014-09-17 – 2015-09-20
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] Efficient dynamic nuclear polarization using electrical spin injection from a half-metallic spin source2014

    • Author(s)
      Takafumi Akiho, Yuya Ebina, Hong-xi Liu, Masafumi Yamamoto, and Tetsuya Uemura
    • Organizer
      32nd International Conference on the Physics of semiconductors (ICPS2014),
    • Place of Presentation
      Austin, Texas, USA
    • Year and Date
      2014-08-10 – 2015-08-15
    • Related Report
      2014 Annual Research Report
  • [Presentation] CoFe thickness dependence of spin injection properties for Co2MnSi/CoFe/n-GaAs junctions2014

    • Author(s)
      蛯名優也
    • Organizer
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原市)
    • Year and Date
      2014-03-19
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin lifetime in strained InGaAs channels investigated in four-terminal nonlocal geometry2014

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      2014年 第61回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      青山学院大学(相模原市)
    • Year and Date
      2014-03-17
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin lifetime in strained InGaAs channels investigated through all electrical spin injection and detection2013

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      第18回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS18)
    • Place of Presentation
      大阪大学(豊中市)
    • Year and Date
      2013-12-09
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Spin-dependent transport properties of strained InGaAs channel investigated through all electrical spin injection and detection2013

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Sheraton Denver Downtown Hotel (USA)
    • Year and Date
      2013-11-08
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Effect of CoFe insertion on spin injection properties of Co2MnSi/CoFe/n-GaAs junctions2013

    • Author(s)
      蛯名優也
    • Organizer
      58th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Place of Presentation
      Sheraton Denver Downtown Hotel (USA)
    • Year and Date
      2013-11-05
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Highly-efficient dynamic nuclear polarization in GaAs using a Heusler-alloy spin source2013

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      2013年(平成25年)第74回応用物理学会秋李学術講演会
    • Place of Presentation
      同志社大学(京田辺市)
    • Year and Date
      2013-09-20
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Co2MnSi/CoFe/n-GaAs接合における動的核スピン偏極2013

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      第37回日本磁気学会学術講演会
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)
    • Year and Date
      2013-09-06
    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Presentation] Transient effects on oblique Hanle signals observed in ferromagnet/semiconductor heterojunctions with non-local four-terminal configuration2013

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      12th Joint MMM/Intermag Conf.
    • Place of Presentation
      Hyatt Regency Chicago(USA)
    • Year and Date
      2013-01-18
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 高スピン偏極材料を用いたGaAsへのスピン注入2012

    • Author(s)
      植村哲也
    • Organizer
      第17回半導体スピン工学の基礎と応用(PASPS17)
    • Place of Presentation
      九州大学(福岡市)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-12-19
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Electrical spin injection and electrical detection of dynamic nuclear polarization in ferromagnet/semiconductor heterojunctions2012

    • Author(s)
      秋保貴史
    • Organizer
      International Workshop on Spintronic Nano Materials 2012
    • Place of Presentation
      北海道大学(札幌市)(招待講演)
    • Year and Date
      2012-11-05
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] 非局所四端子配置を用いたCo_2MnSi/CoFe/n-GaAsショットキートンネル接合におけるoblique Hanle 信号の過渡特性2012

    • Author(s)
      単津海
    • Organizer
      秋季第73回応用物理学会学術講演会
    • Place of Presentation
      愛媛大学(松山市)
    • Year and Date
      2012-09-14
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Presentation] Transient oblique Hanle signals observed in Co_2MnSi/CoFe/n-GaAs with non-local four-terminal configuration2012

    • Author(s)
      単津海
    • Organizer
      2012 Int'l Conf. on Solid State Devices and Materials
    • Place of Presentation
      国立京都国際会館(京都市)
    • Year and Date
      2012-07-27
    • Related Report
      2012 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://nsed.ist.hokudai.ac.jp/

    • Related Report
      2013 Annual Research Report
  • [Remarks]

    • URL

      http://nsed.ist.hokudai.ac.jp/

    • Related Report
      2012 Annual Research Report

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Published: 2013-04-25   Modified: 2024-03-26  

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