2022 Fiscal Year Annual Research Report
Developments of reconfigurable quantum superconducting devices based on rotational spin current
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21H05021
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
木村 崇 九州大学, 理学研究院, 教授 (80360535)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
大西 紘平 九州大学, 理学研究院, 助教 (30722293)
野村 清英 九州大学, 理学研究院, 准教授 (70222205)
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| Project Period (FY) |
2021-07-05 – 2026-03-31
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| Keywords | 超伝導 / スピン流 / スピントリプレット / 回転スピン流 / スピンホール効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、申請者が開発した強磁性体/常磁性常伝導体/超伝導体からなる三層構造、及び回転スピン流注入技術を用いて、超伝導体中にスピン三重項クーパ対を形成し、更に、得られたスピン・トリプレット状態を活用して、超高速な動作をする革新的スピンデバイス、及び新奇なスピン量子ビットの実現を目指す。研究体制として、代表者が純スピン流デバイスの素子性能の向上と超伝導スピンデバイス構造の提案・試作、分担者が、超伝導デバイスの素子作製、及び測定、また、分担者が、トリプレットクーパー対や新奇構造の妥当性などの理論的サポートを行う。更に、博士研究員を雇用し、実験研究を加速させ、着実な成果創出を目指す。
今年度は、ようやく稼働した冷凍機を用いて、Al 超伝導素子へのスピン注入を行った。実験結果から、スピン偏極準粒子が非偏極準粒子に比べ、長い準粒子緩和長を持つことが明瞭に示され、Nb よりもスピン注入効果が有効になること、また、Al のスピン軌道相互作用が小さいことが確認された。
スピン注入効率の増大に関しては、斜め蒸着法を用いたナノピラー構造の作製技術を開発し、効率の増大に成功した。さらには、新しい超伝導物質への取り組みや準粒子緩和長の高精度評価などにも成功している。また、新たなスピン注入源の可能性として、二次元物質を用いた手法やスピンホール効果などを組み込んだ新型素子の提案と実証を行った。特に、二次元物質に関しては、高い垂直磁気異方性とスピンホール角、異常ネルンスト角を有していることが判明し、今後の研究展開に大きな可能性を有することが期待される。
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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
冷凍機がようやく稼働を始め、He3 温度における安定的な実験が可能になり、Al 超伝導スピン注入素子の測定が系統的に実施できるようになった。スピン偏極準粒子の緩和長の評価も可能となり、着実な成果が得ることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピン偏極準粒子注入技術は確立できたが、トリプレットクーパー対形成に向け、スピン注入効率の更なる向上や、発熱効果の更なる低減が必要である。そのため、スピン注入源電極の更なる物質・構造最適化を行い、多端子スピン注入を用いた回転スピン流を形成し、シングレットトリプレット変換の実現を目指す。
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