2022 Fiscal Year Annual Research Report
Realization of novel information processing and transmission using electron spin waves
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21H04647
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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, 教授 (00420000)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
石原 淳 東京理科大学, 理学部第一部応用物理学科, 講師 (50801156)
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| Project Period (FY) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 電子スピン波 / スピン軌道相互作用 / 半導体量子構造 / 多重性 / 並列性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、光の独壇場である波の並列性や多重性を、電子スピン波を用いて半導体に組み込み、光通信と固体情報処理の間で「波」の性質を共有できる初めての情報担体を創出する。この目的のもとに電子スピン波の高感度光学測定法を確立させ光の空間構造を電子スピンの空間構造に印刷することに成功した。これにより光の有する位相自由度や構造光を半導体内部の電子スピンに転写し情報担体として利用できる可能性を示した。またこれまで光学的にか観測できなかった電子スピン波の寿命を電気的に検出できる新た原理を考案しGaAs/AlGaAs量子井戸を用いて実証した。半導体量子構造における電子スピン波はその空間的構造を検出することを主眼としこれまで光学的な手法を用いて検出されてきた。しかしこの手法では探索できる材料がレーザー波長に対応するバンドギャップの材料に限られるため新規材料開拓のボトルネックとなっていた。そこで、磁気輸送測定で観測される量子干渉効果に着目し電子スピン波の寿命が求められる理論的な枠組みを構築した。それをGaAs/AlGaAs量子井戸構造に適用し、内在する2種類の電子スピン波の寿命を電気的に検出可能であることを実証した。これによりって、今後様々な材料の電子スピン波寿命を検出できる基盤を構築した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
本研究では光の有する波の性質を半導体における電子スピンへ組み込むことで、これまでデジタル処理が基本であった電荷による情報処理から、波の広帯域・空間並列・波長多重性を組込んだ新たな原理を生み出すことを目的としている。今年度はその中でも最も重要である光の空間構造である光渦をIII-V族半導体量子構造の電子スピンへと印刷することに世界に先駆けて成功した。これにより光の空間構造を電子スピン波へと移行でき、今後様々な光の空間構造を転写できる牙を立ち上げることができたことから当初計画していた以上に進んでいると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後はより複雑な光の空間構造を半導体量子構造の電子スピン波へと転写できる技術基盤を構築すると共に、その長距離輸送を目指したデバイス構造の最適化を図っていく。同時にシミュレーションベースにより具体的な情報処理に関わる動作原理を示し、電子スピン波の有するポテンシャルを最大限引き出す
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