電流ゆらぎ測定を用いた微小接合系におけるスピンダイナミクスの解明

2014 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 25887037
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 荒川 智紀 大阪大学, 理学(系)研究科(研究院), 助教 (00706757)
• 研究期間 (年度): 2013-08-30 – 2015-03-31
• キーワード: ショット雑音 / 微小接合 / スピン依存伝導 / スピン流 / メゾスコピック系 / スピン蓄積

研究実績の概要

本研究の目的は、微小接合におけるスピン依存伝導過程の詳細を明らかにすることである。微小接合に電流を印加すると電荷の離散性に起因する電流ゆらぎ(ショット雑音)が発生する。一方で、電子は離散的なスピンの自由度も持っており、これに起因するショット雑音が存在するはずである。そこで電子のスピン角運動量の流れであるスピン流に注目し、電流ゆらぎ測定系を駆使した研究を行い、以下の結果を得た。

強磁性体/非磁性体接合からなる非局所スピンバルブ素子を用いてスピン流をトンネル障壁に印加し、それによるショット雑音の検出に初めて成功した。ここでは、トンネル接合に流れるスピン流と電流を独立に制御することで、ショット雑音に含まれる電流とスピン流の寄与を分離して評価した。その結果、スピン流の絶対値が求まると同時に、ショット雑音とスピン流の比例関係が実証されました。この結果はトンネル過程において電荷とスピンが一体となってトンネルしていることの直接的な帰結である。

スピン流の生成にはスピン注入という方法を用いた。この方法では強磁性体から非磁性体にスピン偏極した電流を印加することで非磁性体中にスピン流を生成している。本研究では電流ゆらぎ測定によって電子温度を見積ることでスピン注入による電子系の発熱の影響を評価した。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Shot Noise Induced by Nonequilibrium Spin Accumulation (2015)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Arakawa, Junichi Shiogai, Mariusz Ciorga, Martin Utz, Dieter Schuh, Makoto Kohda, Junsaku Nitta, Dominique Bougeard, Dieter Weiss, Teruo Ono, and Kensuke Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 114 ページ: 016601-1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.016601
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Avalanche electron bunching in a Corbino disk in the quantum Hall effect breakdown regime (2014)
  • 著者名/発表者名: Kensaku Chida, Tokuro Hata, Tomonori Arakawa, Sadashige Matsuo, Yoshitaka Nishihara, Takahiro Tanaka, Teruo Ono, and Kensuke Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 89 ページ: 235318-1-4
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.89.235318
  • 査読あり
• [雑誌論文] Leak current estimated from the shot noise in magnetic tunneling junctions (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Masahiro Maeda, Kensuke Kobayashi, Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 105 ページ: 042405-1-4
  • DOI: 10.1063/1.4891556
  • 査読あり
• [学会発表] 近藤効果・超伝導競合系におけるショット雑音：SU(2)およびSU(4)状態 (2015)
  • 著者名/発表者名: 秦徳郎，藤原亮，荒川智紀，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 近藤効果・超伝導競合系におけるショット雑音：スペクトロスコピーおよび0-πトランジション領域 (2015)
  • 著者名/発表者名: Meydi Ferrier，秦徳郎，藤原亮，荒川智紀，小林研介，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 高移動度QPCにおけるファノ因子の精密測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 室達也，西原禎孝，荒川智紀，田辺賢士，小林研介，Thomas Ihn，Clemens Rossler，Klaus Ensslin
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] カーボンナノチューブ量子ドットにおけるショットノイズ測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 藤原亮，秦徳郎，吉井涼輔，荒川智紀，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] ショット雑音を用いたカーボンナノチューブ量子ドットにおける近藤効果の研究 (2015)
  • 著者名/発表者名: 荒川智紀，秦徳郎，藤原亮，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 多軌道量子ドットの近藤効果における軌道分裂の効果 (2015)
  • 著者名/発表者名: 小栗章，阪野塁，吉井涼輔，Meydi Ferrier，荒川智紀，秦徳郎，藤原亮，小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] バリスティック検出器を用いた磁気渦コアの極性検出の可能性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 田中崇大，河村智哉，荒川智紀，田辺賢士，小林研介，山田啓介，仲谷栄伸，小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] スピングラス薄膜における1/f雑音の測定 (2015)
  • 著者名/発表者名: 前田正博，田中浩奈，竹下俊平，田辺賢士，荒川智紀，谷口年史，小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 量子ホール系における新規単電子デバイス作製の試み (2015)
  • 著者名/発表者名: 則元将太，荒川智紀，田辺賢士，小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] カーボンナノチューブ量子ドットにおけるショットノイズの理論解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉井涼輔，藤原亮，荒川智紀，秦徳郎，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 第70回年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学(東京)
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Shot noise of a superconductor/nanotube junction in the Kondo regime (2015)
  • 著者名/発表者名: Tokuro Hata, Raphaelle Delagrange, Tomonori Arakawa, Ryo Fujiwara, Richard Deblock, Helene Bouchiat, Meydi Ferrier, Kensuke Kobayashi
  • 学会等名: Workshop on Recent Developments in the Kondo Problem
  • 発表場所: Institute for Solid State Physics(Chiba)
  • 年月日: 2015-01-09 – 2015-01-10
• [学会発表] SU(2) and SU(4) Kondo Effect Probed by Nonequilibrium Current Fluctuations (2015)
  • 著者名/発表者名: Meydi Ferrier, Tomonori Arakawa, Tokuro Hata, Ryo Fujiwara, Raphaelle Delagrange, Richard Deblock, Rui Sakano, Akira Oguri, Kensuke Kobayashi
  • 学会等名: Workshop on Recent Developments in the Kondo Problem
  • 発表場所: Institute for Solid State Physics(Chiba)
  • 年月日: 2015-01-09 – 2015-01-10
  • 招待講演
• [学会発表] Shot noise induced by nonequilibrium spin accumulation (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Arakawa, Junichi Shiogai, Mariusz Ciorga, Martin Utz, Dieter Schuh, Makoto Kohda, Junsaku Nitta, Dominique Bougeard, Dieter Weiss, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program (iSIMSC)
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park(Osaka)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
  • 招待講演
• [学会発表] Avalanche electron bunching in a Corbino disk in Quantum Hall Effect Breakdown (2014)
  • 著者名/発表者名: Tokuro Hata, Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Kenji Tanabe, Kensuke Kobayashi
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program (iSIMSC)
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park(Osaka)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [学会発表] Transport measurement on a single Aharonov-Bohm ring in the presence of an inhomogeneous magnetic field (2014)
  • 著者名/発表者名: Shota Norimoto, Kenji Tanabe, Meydi Ferrier, Tomonori Arakawa, Kensuke Kobayashi, Atsufumi Hirohata, Masaki Mizuguchi, Koki Takanashi
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program (iSIMSC)
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park(Osaka)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [学会発表] Leak Current Contribution in Epitaxial Fe/MgO/Fe Magnetic Tunneling Junctions Determined by Shot Noise Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Masahiro Maeda, Kensuke Kobayashi, Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • 学会等名: The 1st International Symposium on Interactive Materials Science Cadet Program (iSIMSC)
  • 発表場所: Hotel Hankyu Expo Park(Osaka)
  • 年月日: 2014-11-17 – 2014-11-19
• [学会発表] Development of noise measurement system to investigate nonequilibrium electron transport (2014)
  • 著者名/発表者名: Tatsuya Muro, Yoshitaka Nishihara, Tomonori Arakawa, Shota Norimoto, Kenji Tanabe, Kensuke Kobayashi
  • 学会等名: 4th Summer School on Semiconductor/Superconducting Quantum Coherence Effects and Quantum Information
  • 発表場所: Nasu(Tochigi)
  • 年月日: 2014-09-11 – 2014-09-13
• [学会発表] スピングラス薄膜における電気測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 前田正博，田中浩奈，竹下俊平，田辺賢士，荒川智紀，谷口年史，小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] SQUIDを用いた磁気渦の極性反転検出の試み (2014)
  • 著者名/発表者名: 田中崇大，荒川智紀，田辺賢士，小林研介，小野輝男
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 近藤ドットの線形電流ノイズと電流の普遍性 (2014)
  • 著者名/発表者名: 阪野塁，小栗章，Meydi Ferrier，荒川智紀，秦徳郎，藤原亮，小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] カーボンナノチューブ量子ドット系におけるSU(2)およびSU(4)近藤効果の観測 (2014)
  • 著者名/発表者名: 秦徳郎，荒川智紀，藤原亮，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] SU(2)およびSU(4)近藤効果のスケーリングに関する実験的研究 (2014)
  • 著者名/発表者名: Meydi Ferrier，荒川智紀，秦徳郎，藤原亮，小林研介，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] SU(2)およびSU(4)近藤状態における非平衡電流ゆらぎ (2014)
  • 著者名/発表者名: 荒川智紀，秦徳郎，藤原亮，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 非一様磁場中におけるアハラノフ・ボームリングの電気抵抗測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 則元将太，田辺賢士，Meydi Ferrier，荒川智紀，小林研介，廣畑貴文，水口将輝，高梨弘毅
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 高移動度二次元電子系に作製された量子細線における電流揺らぎの測定II (2014)
  • 著者名/発表者名: 西原禎孝，小野輝男，荒川智紀，田辺賢士，田中崇大，則元将太，小林研介，Thomas Ihn，Clemens Rossler，Klaus Ensslin
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] 非平衡電子輸送を観測するための量子キャビティの作製 (2014)
  • 著者名/発表者名: 室達也，西原禎孝，荒川智紀，則元将太，田辺賢士，小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] カーボンナノチューブ量子ドット系における近藤効果のショットノイズ測定 (2014)
  • 著者名/発表者名: 藤原亮，荒川智紀，秦徳郎，小林研介，Meydi Ferrier，Raphaelle Delagrange，Richard Deblock，Helene Bouchiat，阪野塁，小栗章
  • 学会等名: 日本物理学会 秋季大会
  • 発表場所: 中部大学(愛知)
  • 年月日: 2014-09-07 – 2014-09-10
• [学会発表] Observation of Spin Shot Noise (2014)
  • 著者名/発表者名: Tomonori Arakawa, Junichi Shiogai, Mariusz Ciorga, Martin Utz, Dieter Schuh, Makoto Kohda, Junsaku Nitta, Dominique Bougeard, Dieter Weiss, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi
  • 学会等名: The 32th International Conference on Physics of Semiconductors (ICPS 2014)
  • 発表場所: Austin(USA)
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Precise Shot Noise Measurement in a Clean Quantum Point Contact (2014)
  • 著者名/発表者名: Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Tomonori Arakawa, Takahiro Tanaka, Shota Norimoto, Kensuke Kobayashi, Thomas Ihn, Clemens Rossler, Klaus Ensslin
  • 学会等名: The 32th International Conference on Physics of Semiconductors (ICPS 2014)
  • 発表場所: Austin(USA)
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Crossover Between SU(2) & SU(4) Kondo Effects in a Carbon Nanotube Probed by Shot-Noise (2014)
  • 著者名/発表者名: Meydi Ferrier, Tomonori Arakawa, Ryo Fujiwara, Tokuro Hata, Kensuke Kobayashi, Richard Deblock, Raphaelle Delagrange, Helene Bouchiat, Rui Sakano, Akira Oguri
  • 学会等名: The 32th International Conference on Physics of Semiconductors (ICPS 2014)
  • 発表場所: Austin(USA)
  • 年月日: 2014-08-10 – 2014-08-15
• [学会発表] Leak Current Contribution in Epitaxial Fe/MgO/Fe Magnetic Tunneling Junctions Determined by Shot Noise Measurement (2014)
  • 著者名/発表者名: Takahiro Tanaka, Tomonori Arakawa, Masahiro Maeda, Yoshitaka Nishihara, Teruo Ono, Kensuke Kobayashi, Takayuki Nozaki, Akio Fukushima, Shinji Yuasa
  • 学会等名: International Magnetics Conference (INTERMAG 2014)
  • 発表場所: Dresden(Germany)
  • 年月日: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [備考] 小林研究室ホームページ
  • URL: http://meso.phys.sci.osaka-u.ac.jp/spin_shot_noise.html
• [備考] 大阪大学ホームページ
  • URL: http://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2015/20150122_1