Realization of novel information processing and transmission using electron spin waves

利用电子自旋波实现新颖的信息处理和传输

• 批准号: 21H04647
• 负责人: 好田 誠
• 金额: $ 26.87万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-05 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04647/
• 关键词: スピントロニクス; 電子スピン波; スピン軌道相互作用; 半導体量子構造; 多重性; 並列性; 波動性情報担体; 半導体スピントロニクス; 半導体2次元電子ガス; ポンププローブ法; 永久スピン旋回状態; III-V族半導体量子構造

本研究は、光の独壇場である波の並列性や多重性を、電子スピン波を用いて半導体に組み込み、光通信と固体情報処理の間で「波」の性質を共有できる初めての情報担体を創出する。この目的のもとに電子スピン波の高感度光学測定法を確立させ光の空間構造を電子スピンの空間構造に印刷することに成功した。これにより光の有する位相自由度や構造光を半導体内部の電子スピンに転写し情報担体として利用できる可能性を示した。またこれまで光学的にか観測できなかった電子スピン波の寿命を電気的に検出できる新た原理を考案しGaAs/AlGaAs量子井戸を用いて実証した。半導体量子構造における電子スピン波はその空間的構造を検出することを主眼としこれまで光学的な手法を用いて検出されてきた。しかしこの手法では探索できる材料がレーザー波長に対応するバンドギャップの材料に限られるため新規材料開拓のボトルネックとなっていた。そこで、磁気輸送測定で観測される量子干渉効果に着目し電子スピン波の寿命が求められる理論的な枠組みを構築した。それをGaAs/AlGaAs量子井戸構造に適用し、内在する2種類の電子スピン波の寿命を電気的に検出可能であることを実証した。これによりって、今後様々な材料の電子スピン波寿命を検出できる基盤を構築した。

这项研究利用电子自旋波将光特有的波的并行性和多重性融入到半导体中，创造了第一个可以在光通信和固态信息处理之间共享波特性的信息载体。为此，我们建立了一种高灵敏度的电子自旋波光学测量方法，并成功地将光的空间结构打印到电子自旋的空间结构上。这证明了将光的相自由度和结构光转移到半导体内部的电子自旋并将其用作信息载体的可能性。我们还设计了一种用电学方法检测电子自旋波寿命的新原理（迄今为止只能通过光学方式观察），并使用 GaAs/AlGaAs 量子阱进行了演示。半导体量子结构中的电子自旋波已使用光学方法进行检测，主要重点是检测其空间结构。然而，利用这种方法，可以搜索的材料仅限于带隙与激光波长对应的材料，这已经成为新材料开发的瓶颈。因此，我们专注于磁输运测量中观察到的量子干涉效应，并构建了确定电子自旋波寿命的理论框架。我们将其应用于 GaAs/AlGaAs 量子阱结构，并证明可以电检测两种固有电子自旋波的寿命。因此，我们建立了一个基础，使我们能够在未来检测各种材料的电子自旋波寿命。

项目成果

Characterization of the out-of-plane Dresselhaus effective magnetic field in InGaAs/InAlAs (110) multiple quantum wells at room temperature

室温下 InGaAs/InAlAs (110) 多量子阱中面外 Dresselhaus 有效磁场的表征

• DOI: 10.35848/1347-4065/acbff6
• 发表时间: 2023
• 期刊: Japanese Journal of Applied Physics
• 影响因子: 1.5
• 作者: Sato Shota;Sugaya Kyohei;Nakanishi Koichi;Yokota Nobuhide;Kohda Makoto;Morita Ken
• 通讯作者: Morita Ken

Imprinting Spatial Helicity Structure of Vector Vortex Beam on Spin Texture in Semiconductors

在半导体自旋织构上刻印矢量涡旋光束的空间螺旋结构

• DOI: 10.1103/physrevlett.130.126701
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review Letters
• 影响因子: 8.6
• 作者: Ishihara Jun;Mori Takachika;Suzuki Takuya;Sato Sota;Morita Ken;Kohda Makoto;Ohno Yuzo;Miyajima Kensuke
• 通讯作者: Miyajima Kensuke

Room-temperature spin?orbit magnetic fields in slightly misoriented (110) InGaAs/InAlAs multiple quantum wells

轻微取向错误的 (110) InGaAs/InAlAs 多量子阱中的室温自旋轨道磁场

• DOI: 10.1063/5.0055876
• 发表时间: 2021
• 期刊: Applied Physics Letters
• 影响因子: 4
• 作者: Nakanishi Koichi;Arikawa Ayuki;Saito Yasuhito;Iizasa Daisuke;Iba Satoshi;Ohno Yuzo;Yokota Nobuhide;Kohda Makoto;Ishitani Yoshihiro;Morita Ken
• 通讯作者: Morita Ken

半導体ナノ界面におけるスピン軌道相互作用と電子スピン波物性への展開

半导体纳米界面的自旋轨道相互作用及其电子自旋波特性的发展

• 发表时间: 2023
• 作者: H. Shishido;T. D. Vu;K. Aizawa;K. M. Kojima;T. Koyama;K. Oikawa;M. Harada;T. Oku;K. Soyama;S. Miyajima;M. Hidaka;S. Y. Suzuki;M. M. Tanaka;S. Kawamata;T. Ishida;小嗣真人;好田誠
• 通讯作者: 好田誠

スピン旋回状態を用いたスピン空間制御と機能開拓

使用自旋旋转状态的自旋空间控制和功能开发

• 发表时间: 2022
• 作者: Takahiro Shinkai;Po-Jen Hsu; Asuka Fujii; Jer-Lai Kuo;好田誠
• 通讯作者: 好田誠