【発表のポイント】

• スピン緩和の抑制と効率的なスピン制御を両立する新たな原理を実証
• スピン軌道ロッキングを用いたスピン回転制御
• AI?IoTや量子コンピューティングに必要となる高速?低消費電力素子への期待

【概要】

国立大学法人東北大学大学院工学研究科好田誠准教授、岡安孝典氏(博士前期課程修了）、新田淳作教授らの研究グループは、スピン軌道ロッキングと呼ばれる新しい原理を用いて、スピン緩和を抑制しながら高速にスピン回転制御できる手法を確立しました。

半導体において電子スピンを回転制御することは、量子コンピューティングや省電力集積回路を実現する上で基盤技術となります。しかし、電子スピンが磁場の周りを歳差運動しながら回転すると、スピン緩和^（※１）が生じるため、スピン情報が失われてしまう問題を抱えていました。本研究成果は、スピン緩和を抑制しながら効率的にスピン制御を可能にする新たな原理を実証しました。スピン軌道ロッキング^（※２）を用いることで、常に電子スピンが有効磁場^（※３）方向に揃いながらスピン制御できるためスピン緩和が抑制され、量子情報やスピントロニクスなどに大きく貢献することが期待されます。本成果研究成果は、2019年2月13日（英国時間）付けで、英国Nature Publishing Group(NPG)発行の科学雑誌「Scientific Reports」にオンライン速報版に掲載されました。なお、本研究は、独立行政法人 日本学術振興会 科学研究費助成事業の助成を受けて行われました。

【用語の解説】

※1スピン緩和
電子スピンの向きを一方向に揃えても、ある一定の時間を経るとスピンの向きが変化してしまうこと。スピンは保存量でないために、スピンの向きを揃え保持することが難しくばらばらになってしまう。そのため、スピンを情報担体に用いるときには、このスピン緩和が大きな障害となる。

※2スピン軌道ロッキング
電子の運動方向に対して、それと垂直方向のスピンが常に安定になる状態のこと。電子の運動方向(軌道)が決まれば、安定化するスピンの向きが決まるためスピン軌道ロッキングと呼ばれている。

※3有効磁場
電子スピンが電界中を高速に運動することにより、電界が有効な磁場に変換される相対論的効果。外部磁場や強磁性体を用いることなく、電子スピンに対して有効的に磁場を与えることができる。

詳細（プレスリリース本文）

問い合わせ先

東北大学大学院工学研究科
担当　好田誠、新田淳作
電話　022-795-7316, 7315
E-mail　makoto*material.tohoku.ac.jp（*を@に置き換えてください。）