スピン軌道相互作用を用いた半導体中での完全スピン偏極源の電気的創出

• Project/Area Number: 13J08985
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅰ(光物性・半導体・誘電体)(実験)
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 長澤 郁弥 東北大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥3,000,000 (Direct Cost: ¥3,000,000); Fiscal Year 2015: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2014: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2013: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000)
• Keywords: スピン軌道相互作用 / スピン干渉効果 / Dresselhausスピン軌道相互作用 / スピン緩和 / 幾何学的位相 / Berry位相 / Aharonov-Casher効果 / スピントロニクス / メゾスコピックリング

Outline of Annual Research Achievements

平成27年度は，昨年度から引き続き半導体InGaAsの結晶構造に由来するDresselhausスピン軌道相互作用の電気的制御に関する研究をおこなった。昨年度までの研究にてDresselhausスピン軌道相互作用の有効磁場の符号反転を示唆する実験結果が得られていた。本年度は量子井戸中の歪みの効果を考慮するなどさらに詳細な解析をおこない，符号反転がDresselhausスピン軌道相互作用の電気的制御に他ならないことを明らかにした。有効磁場の符号の反転が起こる点では実効的にDresselhausスピン軌道相互作用の影響が無視できることを意味するので，以上の結果はスピン緩和の抑制を考えるうえで非常に重要な知見を与えるものである。
研究開始初年度からのテーマである電子スピンの幾何学的位相に関しても引き続き研究を進めた。シミュレーションにより，多角形スピン干渉計に対して面内磁場を印加することでリングを用いた場合よりも幾何学的位相の影響が顕著にあらわれることを示した。これは，スピン輸送の断熱性が干渉計の形状に強く依存することを示しており，スピン幾何学的位相を用いた新奇デバイスの実現を考えるうえで重要な結果である。
また，共同研究では面内磁場によるスピン幾何学的位相の不連続な変化について議論した。この不連続な変化はスピン輸送の断熱性に関係しており，上述した多角形スピン干渉計はこの新奇物理の観測に関しても有利な構造であると考えられる。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Topological transitions in spin interferometers (2015)
  • Author(s): Henri Saarikoski, J. Enrique Vazquez-Lozano, Jose Pablo Baltanas, Fumiya Nagasawa, Junsaku Nitta, and Diego Frustaglia
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 91 Issue: 24
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.241406
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Control of the spin geometric phase in semiconductor quantum rings (2013)
  • Author(s): Fumiya Nagasawa, Diego Frustaglia, Henri Saarikoski, Klaus Richter, and Junsaku Nitta
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 4 Issue: 1 Pages: 1-7
  • DOI: 10.1038/ncomms3526
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Sign change of an effective Dresselhaus spin-orbit field through the gate-controlled k-linear and -cubic terms (2015)
  • Author(s): Fumiya Nagasawa, Makoto Kohda, Junsaku Nitta
  • Organizer: 17th International Conference on Modulated Semiconductor Structures
  • Place of Presentation: Sendai International Center, Sendai, Japan
  • Year and Date: 2015-07-26
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Gate-controlled anisotropy of spin interference induced by the competition between the k-linear and -cubic Dresselhaus terms (2015)
  • Author(s): Fumiya Nagasawa, Makoto Kohda, Junsaku Nitta
  • Organizer: 1st International Workshop on the Topological Electronics
  • Place of Presentation: 沖縄科学技術大学院大学，Onna, Okinawa
  • Year and Date: 2015-03-09 – 2015-03-11
• [Presentation] Anisotropic spin-interference effect in competition between Rashba and Dresselhaus spin-orbit coupling (2014)
  • Author(s): Fumiya Nagasawa, Sirimon Tantiamornpong, Makoto Kohda, Junsaku Nitta
  • Organizer: 13th Spintronics Seminar and Workshop for Young Scientists
  • Place of Presentation: モンタナリゾート，Iwanuma, Miyagi
  • Year and Date: 2014-10-27 – 2014-10-29
• [Presentation] Anisotropic Aharonov-Casher effect in competition between Rashba and Dresselhaus spin-orbit coupling (2014)
  • Author(s): Fumiya Nagasawa, Makoto Kohda, Junsaku Nitta
  • Organizer: 第４回半導体量子効果と量子情報の夏期研修会
  • Place of Presentation: ホテルサンバレー那須，Nasushiobara, Tochigi
  • Year and Date: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [Presentation] Anisotropic Aharonov-Casher effect in competition between Rashba and Dresselhaus spin-orbit coupling (2014)
  • Author(s): Fumiya Nagasawa, Sirimon Tantiamornpong, Makoto Kohda, Junsaku Nitta
  • Organizer: 32nd International Conference on the Physics of Semiconductors
  • Place of Presentation: Austin, Texas, the United States
  • Year and Date: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [Presentation] Gate-controlled anisotropy of Altshuler-Aronov-Spivak interference in an InGaAs ring array under an in-plane magnetic field (2013)
  • Author(s): F. Nagasawa, S. Tantiamornpong, M. Kohda, J. Nitta
  • Organizer: International symposium on nanoscale transport and technology
  • Place of Presentation: Atsugi, Japan
  • Year and Date: 2013-11-27
• [Presentation] Control of the spin geometric phase in semiconductor quantum rings (2013)
  • Author(s): F. Nagasawa, D. Frustaglia, H. Saarikoski. K. Richter. J. Nitta
  • Organizer: International symposium on nanoscale transport and technology
  • Place of Presentation: Atsugi, Japan
  • Year and Date: 2013-11-27
• [Presentation] InGaAsリング構造における面内磁場を用いたスピン干渉効果の異方性の測定 (2013)
  • Author(s): 長澤郁弥, Sirimon Tantiamornpong, 好田誠, 新田淳作
  • Organizer: 日本物理学会2013年秋季大会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-08-26
• [Presentation] Anisotropic Altshuler-Aronov-Spivak interference in an InGaAs mesoscopic ring in a parallel magnetic field (2013)
  • Author(s): F. Nagasawa, S. Tantiamornpong, M. Kohda, J. Nitta
  • Organizer: International conference on narrow gap systems
  • Place of Presentation: Hangzhou, China
  • Year and Date: 2013-08-04
• [Presentation] Controlling of the geometric phase of electron spin in a semiconductor ring device (2013)
  • Author(s): F. Nagasawa, D. Frustaglia, H. Saarikoski, M. Kohda, K. Richter, J. Nitta
  • Organizer: International conference on modulated semiconductor structures
  • Place of Presentation: Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2013-07-04
• [Presentation] Spin-induced time reversal symmetry breaking in an InGaAs mesoscopic ring with Rashba spin-orbit interaction (2013)
  • Author(s): F. Nagasawa, M. Kohda, J. Nitta
  • Organizer: International conference on modulated semiconductor structures
  • Place of Presentation: Wroclaw, Poland
  • Year and Date: 2013-07-01
• [Remarks] 東北大学大学院工学研究科 新田研究室ウェブサイト
  • URL: http://www.material.tohoku.ac.jp/~kotaib/