強磁性体/半導体ハイブリッド構造を用いたスピン回路の実現

利用铁磁/半导体混合结构实现自旋电路

基本信息

批准号：
09J04834
负责人：
国橋要司
金额：
$ 1.34万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2009
资助国家：
日本
起止时间：
2009 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

H23年度は、強磁性体電極から半導体二次元電子ガス中へのスピン注入と電子スピンの電気的制御によるスピン回路の実証実験を計画していた。しかしながら、H23年3月の東日本大震災の影響によって、研究代表者が所属する研究室の金属薄膜成膜装置が使用不可能となってしまったため、一部計画を変更して研究を進めた。具体的にはH21、H22年度で実験的に明らかにした、準一次元チャネル中における電子スピンの緩和抑制に関する理論的研究、および電子スピンの運動する経路にのみ依存する、電子スピンの幾何学的位相の検出実験を行った。準一次元チャネル中における電子スピンの理論解析では、モンテカルロ法に基づくシミュレーションから、チャネルの低次元化による電子スピンの安定化、スピン緩和メカニズムの解明につながる重要な知見を得ることができた。また、準一次元のチャネルを用いた、スピン自由度によってCMOSと同様の出力を得ることができる、新規スピントロニクスデバイス(スピン相補インバータ)の提案も行った。一方、電子スピンの幾何学的位相の観測実験には、InGaAs半導体メゾスコピックリング配列を用い、電子スピンの運動経路を制御することによって電子スピンの位相情報を自由に変更することが可能であることを示した。H23年度に得られた研究結果は、いずれも半導体チャネル中における電子スピンの制御効率・制度のさらなる向上につながる、スピントロニクスデバイスを実現するうえで極めて重要な技術であるといえる。また、スピン回路は低次元系において実現すべきであるため、H23年度の研究成果が直接的にスピン回路の実現につながるものと期待される。

2011年，我们计划使用从铁磁电极进行自旋注射到二维半导体电子气体和电子自旋的电气控制的旋转电路的演示实验。但是，由于2011年3月大东日本地震的影响，研究人员属于的实验室中的金属薄膜沉积设备变得不可用，因此改变了一些计划并进行了研究。具体而言，我们对2001年和2000年在实验中揭示的准二维通道中电子自旋的松弛抑制进行了理论研究，并实验了检测电子旋转的几何相，仅取决于电子旋转的运动路径。在对电子旋转的理论分析中，已经获得了基于蒙特卡洛方法的模拟，以获得重要的见解，从而通过降低通道的尺寸来稳定电子自旋并阐明自旋弛豫机制。我们还提出了一种新的Spintronic设备（自旋互补逆变器），该设备使用准二维通道，该通道允许使用自旋自由度的程度与CMO的输出相似。另一方面，在观察电子旋转几何阶段的实验中，我们表明，通过使用Ingaas半导体介镜环的排列，可以通过控制电子旋转的运动路径来自由地改变电子旋转的相位信息。 2011年获得的所有研究结果都是实现Spintronic设备的极为重要的技术，这将进一步提高半导体通道中电子自旋的控制效率和控制系统。此外，由于应在低维系统中实现旋转电路，因此预计2011财年的研究结果将导致直接实现旋转电路。