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本年度は、2次元系でのスピン才差運動とそのコヒーレンスを中心に研究した。
半導体中の電子は、内部磁場に応じて才差運動を行なう。2次元系での内部磁場の要因には、結晶自体の反転非対称性に起因し、波数の3乗に比例するドレッセルハウス機構と、構造の反転非対称性に起因し、外部電場によって制御可能で波数に比例するラシュバ機構がある。またスピンのコヒーレンスは、電子の運動量散乱に伴うスピン反転による、いわゆるEY機構と、内部磁場の波数依存性による、いわゆるDP機構によって制限される。
スピン才差運動はラシュバ機構を通して制御できるが、それと同時にスピンコヒーレンスも制御できる可能性がある。量子井戸構造では、電子をz方向に閉じ込めるとすると、ドレッセルハウス機構によるスピン分裂は2次元面内波数に比例する項と、3乗に比例する項に分けられるが、波数が小さい場合には3乗の項は無視できる。このとき波数に比例する項と、ラシュバ機構のスピン分裂の大きさが同程度の場合には、スピン分裂の大きさは波数の(1-1)方向成分に比例し、(11)成分には依らなくなる。(1-1)方向の電流を考えると、電子速度とスピンの才差運動の振動数はともに波数の(1-1)成分に比例するため、スピンの回転角は(1-1)方向に電子が移動した距離で決まり、DP機構によるコヒーレンス長は、原理的には無限大になることになる。
実際には、波数の3乗に比例する項があるためコヒーレンス長が無限大になることはないが、実際にどの程度のコヒーレンス長が実現可能であるかを探ることは、大変重要である。このため、モンテカルロ・シミュレーションを行ない、InAs量子井戸においては数μmのコヒーレンス長が達成できることを明らかにした。この値はスピンFETの動作に十分な長さであり、スピンFETの実現に大きく貢献するものと考えられる。
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