| 研究課題/領域番号 |
21K03413
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13020:半導体、光物性および原子物理関連
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| 研究機関 | 北海道大学 |
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研究代表者 |
明楽 浩史 北海道大学, 工学研究院, 教授 (20184129)
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| 研究分担者 |
江上 喜幸 北海道大学, 工学研究院, 助教 (20397631)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2021年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
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| キーワード | スピントロニクス / 原子鎖 / 量子井戸 / 磁性半導体 / 原子層 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
局所的空間反転対称性は、物理学の基本概念として、また反強磁性スピントロニクス実用化への期待から、多方面の研究者の注目を集め物性物理学の中の一つの研究分野に発展しつつあるが、この対称性が破れているときに生じる局所的電流誘起スピン偏極の大きさが何によって決まっているのかという基本的な問いへの答えは未だ得られていない。本研究では、この「決定要素」として空間反転対称性が破れている原子における電子経路の折れ曲がりに着目し、原子内に誘起されるスピン偏極の大きさが経路の曲率にどのように依存するかを解明する。
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| 研究成果の概要 |
空間反転対称性が破れている系に電流を流すことでスピン角運動量の偏りが生じ（電流誘起スピン偏極）、空間反転対称性が特定の原子の周りで局所的に破れている系ではその原子に電流誘起スピン偏極が生じる。本研究では、原子を螺旋に沿って並べた螺旋状原子鎖を基本系として取り上げ、各原子に生じる電流誘起スピン偏極が螺旋の局所的な曲率と捩率に強く依存することを示した。さらにこの螺旋状原子鎖において、スピン角運動量の向きが電子の運動の向きによって決まるスピン・速度ロッキングが生じることを見出した。このロッキングによりスピン偏極度が高い電流が十分低温で実現される。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
本研究の成果は、基本系としての螺旋状原子鎖を対象に、系の空間反転対称性の破れの度合いを表す曲率・捩率と電流誘起スピン偏極との間の関係を解明したという物理学上の意義をもつとともに、電流誘起スピン偏極と電流のスピン偏極度という特性を向上させるための指針として工学的意義をもつ。電流誘起スピン偏極から取り出されるスピン流やスピン偏極電流はスピントロニクスにおいて磁化反転に用いられているので社会的にも波及効果が期待できる。
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