2003 Fiscal Year Annual Research Report
磁性/非磁性半導体量子構造におけるスピン注入とスピン制御
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14205002
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
大野 裕三 東北大学, 電気通信研究所, 助教授 (00282012)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大谷 啓太 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (40333893)
松倉 文礼 東北大学, 電気通信研究所, 助手 (50261574)
大野 英男 東北大学, 電気通信研究所, 教授 (00152215)
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| Keywords | スピンコヒーレンス / 磁性半導体 / キャリアスピン / 核スピン / キャリア誘起強磁性 / スピン注入 / 核スピン共鳴 / 強磁性体 |
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| Research Abstract |
本研究では、(1)磁性/非磁性半導体量子構造の設計と形成を行い、(2)磁性/非磁性半導体量子構造におけるキャリア、核、励起子、磁性イオンなどのスピンを電気的または光学的に制御し、それらの相互作用の制御及びその結果もたらされる光・電子・磁気スピン物性を調べ、スピンを情報担体とする"スピントロニクス"デバイスの基盤技術を確立することを目的とする。本年度得られた成果は以下の通りである。
(1)量子ナノ構造におけるキャリアスピンダイナミクスの解明と制御
g因子の異方性の大きさと核スピン分極の大きさについて調べるため、井戸幅の異なる(110)GaAs/AlGaAs量子井戸について動的核スピン分極の大きさを系統的に測定した。核スピン分極率の大きさを面内と面直方向のg因子の比をパラメータとして示し、実験で得たg因子より計算した平均電子スピンの値が核スピン分極とよく一致することを示した。
(2)非磁性半導体量子井戸構造におけるキャリアスピンと核スピンとの相互作用の解明と制御
スピン軌道相互作用を抑制しスピン緩和時間を長くできるGaAs(110)基板上に形成したn-GaAs/AlGaAs(110)単量子井戸構造において、g因子の異方性に起因する核スピン分極の双安定性とヒステリシスを時間分解ファラデー回転法により観測した。g因子の異方性と超微細相互作用による自己無撞着を考慮してラーモア周波数の磁場依存性を計算したところ、実験結果とよく一致する結果を得た。また、実験結果より核スピン分極率は最大で30%であることを示した。
(3)磁性/非磁性半導体ヘテロ構造における電気的スピン注入
強磁性半導体(Ga,Mn)Asとn^+-GaAsトンネル接合からなるスピン注入素子について、注入される電流のスピン偏極率が結晶成長条件に強く依存することがわかり、条件の最適化を進めた。
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[Publications] H.Sanada: "Hysteretic dynamic nuclear polarization in GaAs/AlxGal-xAs(110) quantum wells"Physical Review B. 68. 241303(1)-241303(4) (2003)
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[Publications] K.Morita: "Electron Spin Dynamics in In GaAs Quantum Wells"Physica E. (印刷中). (2004)
