2022 Fiscal Year Final Research Report

development of hybrid nanostructured devices based on spin-orbit interaction and elucidations of their functions

Research Project

PDF

Project/Area Number	20H02562
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 28020:Nanostructural physics-related
Research Institution	NTT Basic Research Laboratories
Principal Investigator	Takase Keiko 日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 量子科学イノベーション研究部, 主任研究員 (60553245)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	内海裕洋三重大学, 工学研究科, 准教授 (10415094) 舘野功太日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, 多元マテリアル創造科学研究部, 主任研究員 (20393796) 佐々木智日本電信電話株式会社NTT物性科学基礎研究所, フロンティア機能物性研究部, 主任研究員 (80393768)
Project Period (FY)	2020-04-01 – 2023-03-31
Keywords	ナノワイヤ / スピン軌道相互作用 / ショットノイズ / 電界効果トランジスタ / 量子ドット
Outline of Final Research Achievements	In this study, we have developed various devices to obtain highly efficient electric-field control of spin-orbit interaction using III-V semiconductor nanowires that have large spin-orbit interaction. We have succeeded in highly efficient control of the spin-orbit interaction at low gate voltages, providing a prototype of a spin field-effect transistor that will be demonstrated in the future. We also developed a new type of device using conductive oxides for high-frequency applications, which is expected to integrate spintronics and optoelectronics. We also performed high-sensitivity current fluctuation measurements in a superconductor-nanowire quantum dot device and clarified the importance of spin-flip relaxation in quantum cotunneling from both experimental and theoretical perspectives. In addition, the effect of spin filtering was also investigated.
Free Research Field	低次元量子電子物性
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	低ゲート電圧でスピン軌道相互作用の高効率制御に成功したことは、将来的に電流ではなくてスピンでトランジスタのON/OFFを切り替えるスピン電界効果トランジスタの実現につながり、低消費電力社会の実現にも貢献できる。さらに、スピントロニクスとオプトエレクトロニクスの融合が期待できる素子構造は新たな産業応用の基盤となる可能性がある。また、量子コトンネリングにおけるスピン反転緩和の解明は、学理構築に重要なだけでなく将来的な量子コンピュータの要素技術開発にも役立つと期待される。