スピン軌道エンジニアリング

2019 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 15H05699
• 研究種目: 特別推進研究
• 配分区分: 補助金
• 審査区分: 理工系; 工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 新田 淳作 東北大学, 大学院工学研究科, 教授 (00393778)
• 研究分担者: 好田 誠 東北大学, 工学研究科, 准教授 (00420000) ; 手束 展規 東北大学, 工学研究科, 准教授 (40323076) ; 塩貝 純一 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (30734066) ; 眞田 治樹 NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究所, 特別研究員 (50417094) ; 国橋 要司 NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 研究主任 (40728193) ; 後藤 秀樹 NTT物性科学基礎研究所, その他, 所長 (10393795) ; 寒川 哲臣 NTT物性科学基礎研究所, その他, 所長 (70211993) ; 田中 祐輔 NTT物性科学基礎研究所, 量子光物性研究部, 所員 (40787339)
• 研究期間 (年度): 2015 – 2020
• キーワード: スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / スピン電場操作 / スピン生成・制御・検出機能 / 永久スピン旋回状態 / スピン軌道トルク

研究成果の概要

電場制御可能なRashbaスピン軌道相互作用を用いてスピン生成・制御・検出機能を一つの半導体ナノトランジスタに統合した。このスピン軌道相互作用に加えてDresselhausスピン軌道相互作用を導入することにより永久スピン旋回状態を実現するとともに、スピンドリフト輸送により長距離輸送を達成した。以上より、電場によるスピン機能の統合、回転操作、長距離輸送技術を確立した。エピタキシャル成長した金属薄膜は、多結晶薄膜と異なるスピン伝導・緩和機構に支配されることを発見した。またエピタキシャル金属/磁性体構造では界面スピン軌道相互作用が増大することを見い出し、室温でゼロ磁場磁化反転デバイスを実現した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

これまで「スピン」は主に磁場により制御されてきたため、空間的(局所的)、時間的高速な操作ができず省電力も困難である。このため「スピン」を新たな情報担体とするには電場によるスピン操作が不可欠である。本特別推進研究により、スピン緩和の問題点を解決するとともに電場によるスピン生成・制御・検出機能の統合、スピンの長寿命化、回転操作、および長距離輸送技術を確立し電子スピンを用いた量子情報やスピントロニクスの分野発展に大きく貢献する。またスピン軌道相互作用の概念は様々な学問領域、材料の枠を越えて普遍的な効果として認識されつつあるため、ここで得られた研究成果の学術的な意義も大きい。

自由記述の分野

理工系(工学)