2015 Fiscal Year Annual Research Report
2次元電子ガス2層系における結合共鳴スピンホール効果の研究
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26600012
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| Research Institution | Osaka Institute of Technology |
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Principal Investigator |
山田 省二 大阪工業大学, 教育センター, 教授 (00262593)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
岩瀬 比宇麻 北陸先端科学技術大学院大学, 学内共同利用施設等, 助教 (10709132) [Withdrawn]
村上 修一 東京工業大学, 理工学研究科, 教授 (30282685)
内富 直隆 長岡技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20313562)
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| Project Period (FY) |
2014-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | スピンホール効果 / 2次元電子系 / 2層系 / スピントランジスタ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半導体2次元電子系でのスピンホール効果は、一般には損失があるためその観測が困難とされてきた。しかしながら、この現象を2層系での共鳴現象として観測できる可能性があることが近年提案された。本研究の目的はこの仮説を初めて実験的に検証することにある。
われわれはこれまでに、それぞれが強いスピン軌道相互作用をもつ2次元電子ガス2層系を高In組成InGaAs/InAlAs構造で実現してきた。研究初年度は、この構造の試料を用い、上記共鳴スピンホール効果観測のための素子設計・作製に注力した。素子は、この基板を多端子ホールバーに加工したもので、大きくスピン注入部とスピン検出部に分かれる。スピン注入部では、ホールバーの長手方向と直角な方向に電流を流し、スピンホール効果によりスピン偏極＝スピン流を発生させる。注入部からの拡散スピン流をスピン検出部で捉えるには、逆スピンホール効果を用いる。発生する逆スピンホール電圧は複数の電圧プローブで、非局所電圧として測定する。また、共鳴条件＝2つの2次元電子ガス分散関係の結合条件を変えるため、注入・検出部に独立のトップゲート電極を設置した。
最終年度は、2回の試作で得られた素子の極低温測定を順次系統的に行った。測定は、注入部・検出部に加えるゲート電圧を系統的に変化させ、そのときの3組の側面部、上部プローブの非局所電圧を測定する。厳密には、注入部端部から同じ距離にある側面プローブと上部プローブの電圧を同時に測定し、それらの和を取ることで、逆スピンホール電圧の測定が可能であることがわかった。得られた電圧信号には、2つの2次元電子ガスのシート電子濃度が大体同じになる条件で、ピークが現れることが判った。これらのピークは、注入部より検出部ゲート電圧変化に対してより鋭い依存性をもっていた。これらの結果は、電子系でのスピンホール効果が初めて明確に観測されたことを示唆する。
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