| 研究概要 |
本研究計画では,量子デバイスを駆使してスピンホール効果の高感度測定を行うことを目的としている.本年度は,量子ポイントコンタクト(QPC)とスピン軌道相互作用を用いたスピン偏極とその応用,スピン軌道相互作用系に超伝導系を接触させた時の伝導に現れるスピン軌道相互作用の効果,磁性半導体のスピン注入とスピンホール効果のスピン偏極系版である異常ホール効果の異方性と3方向の研究を同時に進行させた.
QPCを用いた研究では,量子ドットのスピン状態を用いてスピン偏極を検出することができ,偏極率が80%以上であることを検証した.また,アハロノフ-ポームリング状態で同様にスピン偏極状態を発生させ,伝導を測定したところ,予想していなかった細かな伝導度振動現象を発見した.現在その物理的起源を探索中である.また,量子ドットのスピン1重項-3重項のエネルギー差を使って極めて弱い磁場下でのエッジ状態のスピン偏極を検出することに成功した.
超伝導-半導体接合系で横方向電流を流した場合に,スピンホール効果によってアンドレーフ束縛状態にどのような影響が現れるかは,研究開始当初より課題としてきた問題であったが,本年度ようやく結果を出すことができた.まず,超伝導-半導体-超伝導系の電圧-伝導度特性にアンドレーフ束縛状態特有の振動特性を観測した.これは,垂直磁場を印加することで顕著な振動の抑制が見られることから確認できる.この状態で横電流を印加することで,超伝導電極間にスピンホール効果を発生させた.その結果,磁場とは異なる傾向の振動抑制を観測した.これは,スピンホール効果によって超伝導-半導体界面にスピン蓄積が生じ,その結果としてアンドレーフ束縛状態振幅が抑えられたものと解釈することができる.
希薄磁性半導体(DMS)を用いたスピン注入では,マイクロ波の検波機能の符号をスピン注入によって反転させることに成功した.しかし,この系のスピンホール効果は諸条件が極めて厳しく,それらしい信号は得られたものの,確証を得ることができなかった.代わって,DMS自身のスピンホール効果である異常ホール効果に着目し,その異方性,温度依存性を詳細に調べた.特に,微細メサエッチによって薄膜部分に加わる格子不整合応力を変化させ,磁気異方性が変化すること,これによって温度依存性も変化することを確認した.実験結果は,異常ホール効果がベリー位相理論,すなわち,バンド構造に由来して発生しているものであることを裏付けている.
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