【発表のポイント】

• 半導体結晶構造に起因したDresselhausスピン軌道相互作用の符号反転を観測
• スピン干渉効果を用いてスピン軌道相互作用の有効磁場異方性を検出
• 電場操作スピンデバイスの自由度と柔軟性向上に大きく貢献

【概要】

長澤　郁弥（東北大学大学院工学研究科博士後期課程修了）、新田　淳作（同　教授）らの研究グループは、Diego Frustaglia（スペイン・セビリア大学　教授）の研究グループと共同で、スピン干渉効果の異方性を実験と理論から詳細に調べた結果、半導体InGaAs二次元電子ガス中のDresselhausスピン軌道相互作用（註1）がゲート電圧によって符号反転することを見いだしました。

スピン軌道相互作用は電子スピンに有効磁場として作用するため電場操作を可能にします。従って、電子スピンに作用する磁場の大きさとその向きも電気的に制御することが可能になります。本研究成果は、ヘテロ界面の電場に起因したRashbaスピン軌道相互作用（註2）と組み合わせることにより、スピン緩和抑制などさらに自由度の高いスピンの電場操作が可能となり、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。

本成果は、2018年12月4日に米国科学誌「Physical Review B」にオンラインで公開されました。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。

Dressehausスピン軌道相互作用の作る有効磁場方向とRashbaスピン軌道相互作用を組み合わせた全有効磁場の強さの異方性

【用語解説】

註1）Dresselhausスピン軌道相互作用

スピン軌道相互作用は、電子スピンが電場中を運動することにより、電場を磁場に変換する相対論的な効果である。InGaAsなどの化合物半導体はIII族原子とV族原子により構成されるため結晶の反転対称性が破れているとともにミクロな電場を形成している。電子スピンこの電場中を運動することにより生じるスピン軌道相互作用をDresselhausスピン軌道相互作用と呼ぶ。このため材料固有の値と考えられてきた。

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　新田淳作
電話　022-795-7315
E-mail　nitta*material.tohoku.ac.jp （*を@に置き換えてください）