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Research News

スピン伝搬距離の新しい決定方法を確立

次世代量子情報やスピントロニクス素子の実現に貢献

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物性研究所
2013/01/23

電子は電荷とスピンという2つの属性を持ちます。近年盛んに研究が行われている量子情報やスピントロニクスと呼ばれる分野では、電子がどれだけ遠くまでスピンの情報を運べるか、すなわち『スピン伝搬距離』が、将来のデバイスへの応用という観点からも極めて重要な量になります。しかしこれまでの研究では、測定手法の違いや、スピン伝搬距離を決定する際の変数の数が多すぎることなどが問題で、スピン伝搬距離を正確に決定するという基本的なことがなされておらず、その値をめぐって激しい論争が続いていました。

強磁性体を用いて得られるスピン伝搬距離(LS; 左図)と弱反局在におけるスピンの伝搬距離(LSO; 右図)はほぼ同じであるが、約0.9(=√3/2)倍ほど異なることを初めて実験的に確かめた。
© Yasuhiro Niimi

東京大学物性研究所の大谷義近教授、加藤岳生准教授、新見康洋助教らは、強磁性体を使用する従来の方法とは異なり、調べたい物質の抵抗を精密に測定するという単純な手法でスピンの伝搬距離を決定することに成功しました。伝導を担う金属中の電子は、低温の極限で僅かに局在することが知られています。この僅かな局在効果は、電子のもつスピンと軌道との相互作用の大きさに依存します。本研究では、その依存性に着目し、スピンの伝搬距離を様々な物質で測定しました。この手法を用いれば、必要な変数が少なく正確に値を決定できます。また、先行の理論研究で、局在効果下で得られるスピンの伝搬距離は、強磁性体を用いて得られるスピン伝搬距離と微妙に異なり、両者にはある関係式が成り立つことが示唆されていました。今回の研究でその関係式が初めて実験的に明らかになり、従来の強磁性体を用いて得られていたスピン伝搬距離の値を説明できるようになりました。この結果は、スピン伝搬距離の決定方法に新たな指針を与えるとともに、スピン伝搬距離についての根本的な理解を深める重要な成果です。さらに今後の量子情報やスピントロニクスの分野において、大きな役割を果たすと考えられます。

プレスリリース [PDF]

論文情報

Yasuhiro Niimi, Dahai Wei, Hiroshi Idzuchi, Taro Wakamura, Takeo Kato, and YoshiChika Otani,
“Experimental Verification of Comparability between Spin-Orbit and Spin-Diffusion Lengths”,
Physical Review Letters 110, 016604 (2013). Online Edition: 2013/1/3 (Japan time), doi: 10.1103/PhysRevLett.110.016805.
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