2017 Fiscal Year Annual Research Report
半導体における永久スピン旋回状態を基軸とした革新的スピン機能創出
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15H02099
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
好田 誠 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00420000)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | スピン緩和時間 / スピン軌道相互作用 / 有効磁場 / ラシュバスピン軌道相互作用 / ドレッセルハウススピン軌道相互作用 / GaSe |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、半導体においてスピン情報が失われる「スピン緩和」を根本的に解決する技術革新を提供し、スピン緩和の制限を全く受けない新規スピン機能創発とその素子応用を図るものである。この目的のなかで半導体のスピン軌道相互作用が持つ内部対称性に着目し、スピン緩和が完全に抑制される永久スピン旋回状態の物理とそのデバイス応用を目指している。本年度は、昨年度から引き続きドリフト輸送におけるスピンダイナミクスの詳細について調べており、ドレッセルハウススピン軌道相互作用の高次項がドリフト輸送において増強されることを明らかにした。通常空間伝搬するスピンの歳差運動周波数はドリフト速度によらず一定となるが、ドリフト輸送により電子温度が上昇し電子分布が変化すると、ドレッセルハウススピン軌道相互作用の高次項がこの歳差運動周波数を変調することが明らかになった。また、本年度からIII-V族半導体以外の永久スピン旋回状態にも着目をし研究をすすめ原子層材料であるGaSeにおけるスピン緩和時間を弱反局在測定から明らかにすることが出来た。GaSeは有効磁場が薄膜垂直方向に誘起されるため長いスピン緩和時間が期待できると共に、同時に光導波路にもなるため、光学素子との集積化にも応用可能な材料系となる。GaSeの導波路効果に関しても実験を進めており、厚さ100nmGaSeにおいてはTEモードが効率的に伝搬することを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
3年目に入り半導体におけるスピン緩和の微視的な理解が進むと共に、その理解に立脚したスピン制御およびスピン緩和抑制方法が確立されつつある。特にドレッセルハウススピン軌道相互作用は材料固有であったため、今まで重要視されてこなかったがスピン緩和に大きな影響を与えることが明らかになりつつあり、スピン緩和の微視的起源についても理解が深まっていると言える。さらには、このドレッセルハウスを如何に制御するかの手法まで提案できていることから、深い物理に基づく長距離スピン輸送の原理を構築できつつあり順調に進展していると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでは電子のドリフトおよび拡散運動におけるスピンダイナミクスに注力して研究を進めてきた。それによりスピンダイナミクスを調べる上での基盤技術である時間・空間分解カー回転手法を構築でき、スピン緩和に対する深い理解が進みつつある。来年度以降は、よりデバイス応用に必要な細線などの低次元構造を駆使した長距離スピン輸送の手法を確立すると共に(110)量子井戸など面方位の異なる量子井戸構造におけるスピン緩和の理論的な側面も掘り下げて、長距離スピン輸送に必要な物理の幅を広げていきたいと考えている。同時に、これまでスピン軌道相互作用が生み出す有効磁場は電子の速度に比例するという固定概念から一歩進み、より高度にスピン状態を制御できるような技術開発を進めていく予定である。
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Research Products
(16 results)
