| 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, 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 (2025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)
2025年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
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 / 半導体量子構造 / スピントロニクス / 有効磁場 / 永久スピン旋回状態 / 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。この目的のもとに本年度は、昨年度に確立した異なる電子スピン波を生成する基盤技術を基に、それらの電子スピン波のダイナミクス測定に注力して研究を進めた。ダイナミクスが重要になるのは、異なる電子スピン波を同時に活用する場合にはその寿命がどのように違うのか同じなのかを明らかにする必要があるからである。その方針に沿って時間空間分解スピン計測を行った結果、ある特定の波長領域で電子スピン波の波長が極めて長くなることが見いだされた。この波長は半導体量子構造のスピン軌道相互作用を精密制御することで実現できる永久スピン旋回状態が作る電子スピンの回転ピッチと一致する。さらに、この特定の波長からずれた電子スピン波においても寿命が長いことが分かった。これはいくつかの異なる波長を同時に励起し多としても電子スピン波は生き残ることを意味し、デバイス応用上極めて重要な結果を得ることができた。このように電子スピン波の寿命が変わる原因をシミュレーションからも明らかにしたところスピン軌道相互作用だけでなくスピン拡散係数も重要な役割を果たしていることが明らかになった。よって、電子スピン波を扱うには有効磁場はもちろんのこと拡散係数を如何にして制御するかが今後の大きな指針になり得る。
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
2: おおむね順調に進展している
理由
本電子スピン波を活用した新規情報処理伝送に向けて電子スピン波の物理的な性質および応用を見据えたその制御や活用方法を着実に開拓してきている。半導体量子構造でこのような電子スピン波の空間構造が安定化そして制御できることを示すことは、半導体だけにとどまらず磁性体や光との組み合わせによって、さらにその応用範囲を広げられる可能性があることから得られた成果を基にして計画に沿って順調に研究が進んでいるといえる
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| 今後の研究の推進方策 |
これまでられた結果を踏まえて、今後は電子スピン波をさらに高精度に制御するための手法を開拓することが重要であると考えている。その理由は今後多重化を目指す上では電子スピン波の波長をどのぐらい細かく制御できるかが扱える情報量に関わってくると共に、それらの波をどのように高精度に検出するかも情報分離の観点から重要になる。さらに空間光変調器を活用した電子スピン波の励起によって、半導体に様々なスピン空間構造を励起できることを意味することから今後これらの研究を進めることで、電子スピン波の学理構築とデバイス応用に向けて着実に研究を進めて行ければと考えている。
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