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単一核スピン検出用トンネルデバイスに関する研究

Research Project

Project/Area Number 16656005
Research Category

Grant-in-Aid for Exploratory Research

Allocation TypeSingle-year Grants
Research Field Applied materials science/Crystal engineering
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

佐藤 茂雄  東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (10282013)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 中島 康治  東北大学, 電気通信研究所, 教授 (60125622)
早川 吉弘  東北大学, 電気通信研究所, 助手 (20250847)
小野美 武  東北大学, 電気通信研究所, 助手 (70312676)
Project Period (FY) 2004 – 2006
Project Status Completed (Fiscal Year 2006)
Budget Amount *help
¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000)
Fiscal Year 2006: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2005: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2004: ¥1,600,000 (Direct Cost: ¥1,600,000)
Keywords核スピン / トンネル磁気抵抗効果 / STM / 単原子リソグラフィー / 電解研磨
Research Abstract

トンネル磁気抵抗効果と電子-核スピン相互作用を用いた単一核スピン検出理論の構築を図った。核スピンとしてはSi中のP原子を想定し、ドナー電子とP原子核との磁気的相互作用のある系を考えた。核スピンと結合するドナー電子をトンネル電流のキャリアとして利用することで単一核スピンの検出が可能と考えられる。スピン検出に必要なデバイスの構成要素として、1)核スピン-ドナー電子系、2)トンネル接合用絶縁膜、3)トンネル電極用強磁性薄膜、4)キャリア電子注入用電極、という4つの要素が考えられ、数値計算等によって材料とデバイス構造を特定した。
実験面では、単一P原子の埋め込みに必要な単原子リソグラフィー、特に単水素剥離について集中的に実験を行った。STM針からのトンネル電子の注入によって、Siと水素の結合手を破壊することで水素を剥離することが可能である。以前の実験でSTM針のバイアス電圧をSi-Hの結合エネルギー程度(3.1-3.5[V])とすることで水素を剥離できることが確認されており、本年度はSTM針へ加える電圧パルスの電圧値とパルス幅など単水素剥離の実験条件の最適化を図った。剥離部分が数水素原子分に広がってしまう原因は各種分子振動モードの存在、シュタルク効果などが考えられ、これらの要因を考慮してパルス幅の精密な制御が必要という結論に至り、STM装置の改造に取り組んだ。これは現在も遂行中であり、残念ながら本課題の実デバイス上での確認は今後の課題として残った。しかしながらここで得られた成果は単一核スピン検出用トンネルデバイスの開発に対し重要な寄与を与えるものである。

Report

(3 results)
  • 2006 Annual Research Report
  • 2005 Annual Research Report
  • 2004 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2007 2006 2005 2004

All Journal Article (11 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Study of macroscopic quantum tunnelling in Bi_2Sr_2CaCu_2O_<8+δ> intrinsic Josephson junctions2007

    • Author(s)
      K.Inomata et al.
    • Journal Title

      SUPERCONDUCTOR SCIENCE AND TECHNOLOGY 20

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    • Author(s)
      S.Sato et al.
    • Journal Title

      IEICE Trans. Electron. E90-C・3

      Pages: 599-603

    • NAID

      110007519591

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    • Author(s)
      H.Li et al.
    • Journal Title

      IEICE Trans. Inf.&Syst. E89-D・9

      Pages: 2572-2578

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    • Author(s)
      Y.Nakamiya et al.
    • Journal Title

      Jpn. Journal of Applied Physics 45・10A

      Pages: 8030-8034

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    • Author(s)
      K.Inomata et al.
    • Journal Title

      Physical Review Letters 95

      Pages: 107005-107005

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    • Journal Title

      Physical Review A 92

      Pages: 52328-52328

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      K.Inomata, et al.
    • Journal Title

      PHYSICA C-SUPERCONDUCTIVITY AND ITS APPLICATIONS 412-14

      Pages: 1396-1400

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      Pages: 2221-2226

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      Pages: 2227-2232

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      Pages: 832-834

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      佐藤茂雄, 金城光永, 中島康治
    • Journal Title

      電子情報通信学会学会誌 87・6

      Pages: 488-492

    • NAID

      110003228887

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    • Inventor(s)
      猪股, 佐藤, 他4名
    • Industrial Property Rights Holder
      猪股, 佐藤, 他4名
    • Industrial Property Number
      2005-270031
    • Filing Date
      2005-09-16
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      2005 Annual Research Report

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Published: 2004-04-01   Modified: 2016-04-21  

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