| 研究課題/領域番号 |
21H04647
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
好田 誠 東北大学, 工学研究科, 教授 (00420000)
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| 研究分担者 |
石原 淳 東北大学, 工学研究科, 特任助教 (50801156)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-05 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
41,990千円 (直接経費: 32,300千円、間接経費: 9,690千円)
2024年度: 7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2023年度: 7,020千円 (直接経費: 5,400千円、間接経費: 1,620千円)
2022年度: 12,090千円 (直接経費: 9,300千円、間接経費: 2,790千円)
2021年度: 12,220千円 (直接経費: 9,400千円、間接経費: 2,820千円)
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| キーワード | 電子スピン波 / スピン軌道相互作用 / 永久スピン旋回状態 / スピントロニクス / 半導体量子構造 / 多重性 / 並列性 / 波動性情報担体 / 半導体スピントロニクス / 半導体2次元電子ガス / ポンププローブ法 / III-V族半導体量子構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
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。波の広帯域・空間並列・波長多重性と微細加工を得意とする半導体素子のスケーラビリティが融合し、膨大な情報量を半導体中で多重伝送・並列処理できる新たな固体情報基盤の学理を生み出す。これにより、情報通信と情報処理がシームレスに繋がるため、IoT・AI全盛期となる超スマート社会(Society5.0)が抱える通信量・電力消費の急増に対応可能な技術革新となる。
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| 研究実績の概要 |
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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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
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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| 今後の研究の推進方策 |
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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