電子-スピントロニクスデバイスのデザイン

2003 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14076204
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 今村 裕志 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (30323091)
• 研究分担者: 高橋 三郎 東北大学, 金属材料研究所, 助手 (60171485) ; 林 正彦 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 助教授 (60301040) ; 海老澤 丕道 東北大学, 大学院・情報科学研究科, 教授 (90005439)
• キーワード: スピントロニクス / デバイスデザイン / スピン注入 / ヘテロ接合界面 / スピントランジスタ / 半導体人工分子 / 量子ドット / エンタングルメント

研究概要

近年、量子ドットや量子細線などのナノメートルスケール領域に閉じこめられた電子のスピン自由度を上手に使って有用なデバイスを作り出そうというナノスピントロニクスと呼ばれる分野が注目を集めている。量子ドットは現在のナノテクノロジーを支える重要な部品の一つであり、原子との類似からしばしば人工原子と呼ばれる。量子ドットを量子細線でつなぐことにより半導体人工分子を作ることも可能である。このような半導体人工原子・分子を用いたナノスピントロニクスデバイスを実現するためには、量子ドット内のスピン状態を人工的に制御することが重要である。
今年度は4つの異なる系において、半導体量子ドットのスピン状態制御に関する理論研究を行った。スピントランジスタと量子ドットからなる半導体人工分子ではRashbaスピン軌道相互作用を用いて量子ドット間のRKKY相互作用を制御できることを示した。2つの量子ドットが埋め込まれたABリングにおいては、リングを貫く磁束によってRKKY相互作用を制御できる。強磁性電極と結合した量子ドットでは、左右の強磁性電極の磁化が平行な場合に近藤ピークが分裂し、その結果ゼロ電圧付近に負の磁気抵抗が現れることを示した。量子ドット内のスピン状態とキャビティ内の光子の偏光状態を利用した量子情報処理デバイスでは、デチューニングを変化させることでスピンと光子とのベル状態などの様々な量子状態の生成が可能であることを明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] T.Yamashita, et al.: "Andreev reflection in ferromagnet/superconductor/ferromagnet double junction systems"Physical Review B. 67・9. 094515/1-094815/8 (2003)
• [文献書誌] H.Imamura, et al.: "Spin relaxation and tunnel magnetoresistance of a ferromagnet/superconductor/ferromagnet single-electron tunneling transistor"Physica E. 18・1-3. 43-44 (2003)
• [文献書誌] T.Yamashita, et al.: "Andreev reflection in ferromagnet superconductor/ferromagnet structures"Physica E. 18・1-3. 52-53 (2003)
• [文献書誌] J.Martinek, et al.: "Kondo effect in quantum dots coupled to ferromagnetic electrodes"Physica E. 18・1-3. 75-76 (2003)
• [文献書誌] Y.Utsumi, et al.: "The effect of large quantum fluctuation on the noise of a single-electron transistor"Physica E. 18・1-3. 93-94 (2003)
• [文献書誌] J.Martinek, et al.: "Kondo effect in quantum dots coupled to ferromagnetic leads"Physical Review Letters. 91・12. 127203/1-127203/4 (2003)
• [文献書誌] Y.Rikitake, et al.: "Time evolution of an exciton and a photon qubit coupled with each other"Journal of the Physical Society of Japan. 72・12. 3020-3023 (2003)
• [文献書誌] H.Imamura, et al.: "Twisted exchange interaction between localized spins embedded in a one- or two-dimensional electron gas with Rashba spin orbit coupling"Physical Review B. 69・12. 121303(R)/1-121303(R)/4 (2004)
• [文献書誌] H.Imamura, et al.: "Twisted singlet in semiconductor artificial molecules"Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 発表予定. (2004)
• [文献書誌] Y.Utsumi, et al.: "Indirect Exchange Interaction between two Quantum Dots in an Aharonov-Bohm Ring"Physical Review B. 発表予定. (2004)