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面内磁場を用いた永久スピン旋回状態の検出と電界制御

Research Project

Project/Area Number 21656001
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research

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

Principal Investigator

新田 淳作  東北大学, 大学院・工学研究科, 教授 (00393778)

Project Period (FY) 2009 – 2010
Project Status Completed (Fiscal Year 2010)
Budget Amount *help
¥3,200,000 (Direct Cost: ¥3,200,000)
Fiscal Year 2010: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Fiscal Year 2009: ¥2,000,000 (Direct Cost: ¥2,000,000)
KeywordsRashbaスピン軌道相互作用 / Dresselhausスピン軌道相互作用 / 永久スピン旋回状態 / 面内磁場 / スピン緩和
Research Abstract

方向の異なるスピンの回転演算子は交換しない。しかしながらスピンの回転軸が一軸になると交換関係が成立し、スピンは良い保存量となる。Rashba(R)-スピン軌道相互作用(α)とDresselhaus(D)-スピン軌道相互作用(β)が等しい条件では有効磁場の方向が一軸性となりスピン緩和が抑制される。われわれは、面内印加磁場とスピン軌道相互作用の作る有効磁場を組み合わせることにより、準一次元細線の磁気コンダクタンスの面内磁場角度依存性からR-スピン軌道相互作用とD-スピン軌道相互作用の比α/βを求めることが可能であることを提案してきた。さらに、ゲート電界によりR-スピン軌道相互作用αを制御すれば、α=β状態にできることから、散乱が生じてもスピン緩和の抑制された永久スピン旋回状態が実現できる。
永久スピン旋回状態(α=β)の実現に適したInGaAs系量子井戸の設計を行い、[110」,[100],[1-10]方向の細線を作製し弱局在の面内磁場角度依存性を測定した。ゲート電界によってR-スピン軌道相互作用の強さを変化させると、[100]方向の細線では伝導度の最小を示す面内磁場角度([100]方向からの角度)が変化するのに対し、[110],[1-10]方向の細線では、それぞれ135度、45度と変化しないことが確認された。この結果は、[110],[1-10]方向の細線ではR-スピン軌道相互作用の強さを変えても2つのスピン軌道相互作用の作る有効磁場の方向が変わらないことに対応しており、理論から予測される結果と一致する。このことから、[100]方向の細線の示す伝導度の最小を示す面内磁場角度は、スピン軌道相互作用の有効磁場方向に対応することを示しており、R-スピン軌道相互作用とD-スピン軌道相互作用の比α/βを求めることが可能であること実験的に実証することに成功した。

Report

(2 results)
  • 2010 Annual Research Report
  • 2009 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2012 2011 2010 2009 Other

All Journal Article (5 results) (of which Peer Reviewed: 5 results) Presentation (14 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Proposal of spin complementary field effect transistor2012

    • Author(s)
      Y.Kunihashi, M.Kohda, H.Sanada, H.Gotoh, T.Sogawa, J.Nitta
    • Journal Title

      Appl.Phys.Lett.

      Volume: 100

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      Y.Kunihashi, M.Kohda, J.Nitta
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 85

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    • Author(s)
      M.Kohda, T.Shibata, J.Nitta
    • Journal Title

      Jpn.J.Appl.Phys.

      Volume: 49

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    • Author(s)
      S.Sugahara, J.Nitta
    • Journal Title

      Proceedings of the IEEE

      Volume: 98 Pages: 2124-2154

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    • Author(s)
      Y.Kunihashi, M.Kohda, J.Nitta
    • Journal Title

      Phys.Proc. 3

      Pages: 1261-1263

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      第59回応用物理学関係連合講演会
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      早稲田大学
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      第58回応用物理学会関係連合講演会
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      神奈川工科大学
    • Year and Date
      2011-03-24
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      長崎大学
    • Year and Date
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      J.Nitta
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      The 6th International Conference on the Physicsans Applications of Spin Related Phenomena in Semiconductors (Plenary)
    • Place of Presentation
      Tokyo
    • Year and Date
      2010-08-01
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      2010-04-26
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      30^<th> International Conference on the Physics of Semiconductors
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      Seol, Korea
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      筑波大学
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      J.Nitta
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      6th RIEC International Workshop on Spintronics
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      Sendai(Invited)
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      国橋要司, 好田誠, 新田淳作
    • Organizer
      第70回応用物理学会学術講演会
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      富山
    • Year and Date
      2009-09-08
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  • [Remarks]

    • URL

      http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/8581980d5b925fab833231ce5754cba1.html

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  • [Remarks]

    • URL

      http://db.tohoku.ac.jp/whois/detail/8581980d5b925fab833231ce5754cbal.html

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  • [Patent(Industrial Property Rights)] スピン相補性インバータ2009

    • Inventor(s)
      好田誠、新田淳作
    • Industrial Property Rights Holder
      科学技術振興機構
    • Industrial Property Number
      2009-189207
    • Filing Date
      2009-08-13
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URL: 

Published: 2009-04-01   Modified: 2016-04-21  

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