2012 Fiscal Year Annual Research Report
多端子量子ドット系の理論研究：制御可能なスピンホール効果の提案
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22540333
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
江藤 幹雄 慶應義塾大学, 理工学部, 教授 (00221812)
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| Project Period (FY) |
2010-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | 量子ドット / メゾスコピック系 / スピンエレクトロニクス / スピン軌道相互作用 / 近藤効果 / ナノワイヤ / ジョセフソン接合 |
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| Research Abstract |
本研究の目的は、半導体量子ドットの多端子系を理論的に研究し、スピン軌道相互作用によるスピンホール効果、近藤効果によるリード間のエンタングルメント生成、および位相緩和を解明することである。平成２４年度は次の成果を上げた。
１．多端子量子ドットにおけるスピンホール効果の研究を発展させた。共鳴トンネルによるスピンホール効果の増大機構、および磁場を印加したときのスピン分極電流の制御についての理論をまとめた。さらに、空間を離散化したtight-binding modelで現実的な系を表し、そのスピン注入効率を数値的に評価することで我々の理論を裏付けた。以上の研究成果を論文にまとめ、学術雑誌に発表した。
２．InAs, InSb等の狭ギャップ半導体ナノワイヤに超伝導体を接続した系を調べ、ジョセフソン効果へのスピン軌道相互作用の影響を明らかにした。ナノワイヤ中に1つの散乱体があるモデルを採用し、磁場中のゼーマン効果を取り入れた。超伝導体間の位相差がないときに超伝導電流が流れる異常ジョセフソン効果、および方向依存性のある臨界電流を導出した。後者は最近の実験結果を定性的に説明する。またチャンネル数が1つの系に対して超伝導電流の解析的表式を得た。研究成果をまとめた論文が学術雑誌にアクセプトされた。
３．量子ドットの近藤領域における位相緩和について研究を進めた。前年度開発した弾性過程と非弾性過程の分離方法を、メゾスコピックサイズのリングに量子ドットを埋め込んだ系における近藤効果に応用した。リング系の電気伝導測定による非弾性過程の観測について考察し、その利点と問題点を明らかにした。以上の研究成果を国際会議で発表した。
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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
量子ドット多端子系におけるスピンホール効果については研究がほぼ完成した。これまでの成果をまとめた論文が学術雑誌に掲載された。半導体ナノワイヤのジョセフソン接合におけるスピン軌道相互作用の効果については、1つの散乱体モデルに対して計算をおこない、磁場中での異常ジョセフソン効果を導出した。研究成果を論文にまとめて学術雑誌に投稿し、掲載が決定した。量子ドットの近藤領域での位相緩和の研究は当初の計画より遅れているが、今年度中に研究を完成し、論文にまとめる予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
本基盤研究は３年が修了し、今年度は最後の１年となる。量子ドット多端子系でのスピンホール効果については一定の成果を得たので、今年度は狭ギャップ半導体ナノワイヤに焦点を当てる。強いスピン軌道相互作用のはたらくナノワイヤにゲート電極を付けた系を想定し、人工ポテンシャルの制御によるスピン依存輸送現象を明らかにする。ナノワイヤにおけるジョセフソン効果については、昨年度おこなった異常ジョセフソン効果の研究を進める一方、近接効果によるp波超伝導相関のジョセフソン電流への影響を調べる計画である。量子ドットの近藤領域における位相緩和の研究についてはまとめの段階に入る。
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