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本研究の目的は、将来的にダイヤモンド量子構造中の伝導キャリアのスピン輸送を実現し、そのスピンダイナミクスに関わる根本の物理を解明するため、その基盤技術を開発することとした。我々がシリコンを用いて進めてきた最近の研究において、スピン軌道相互作用によるスピン緩和を示唆する現象が観測された。炭素はシリコンよりも原子質量が小さいことに起因してスピン軌道相互作用が小さいと考えられ、キャリアのスピンコヒーレンス時間がシリコンよりも長いと期待される。本研究は、スピンダイナミクスに関わる根本の物理解明に向けた、萌芽的な研究に位置づけられている。
補助事業期間中の研究実施計画の項目としては、素子作製と評価、物理の解明を挙げた。素子作製については、構造検討、素子設計、電子線描画の条件出しを進めた。また物理の解明に向けては、国内外の研究者らとの議論、第一原理計算も含めた理論的アプローチを進めることで、電子状態に関する理解がさらに深まった。測定系の構築については、高周波系を導入し、順調に進めることができた。シリコン系素子を用いて、この測定系の構築が正しく行えたことを確認した。２重量子ドットのポテンシャルをゲート電極によって調整し、ソースドレイン間を流れる電流を測定することで、スピンブロッケードを観磁場依存性を詳細に調べることで、スピン緩和要因や緩和時間について明らかにすることができた。特に、高周波を用いたスピン操作や読み出しにより、スピン軌道相互作用を定量的に評価することができた。
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