スピン・軌道相互作用により変調された半導体量子閉じ込め場中正孔のスピンテクスチャ

自旋轨道相互作用调制的半导体量子限域场中空穴的自旋织构

• 批准号: 20J11391
• 负责人: 東条 樹
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Waseda University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2020
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2020-04-24 至 2022-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-20J11391/
• 关键词: 正孔; スピン–軌道相互作用; SiGe二元合金; 二次元量子井戸; Rashba効果; Dresselhaus効果; スピンテクスチャ; Berry位相; スピン・軌道相互作用; IV族半導体

令和3年度では昨年度に引き続き、SiGe量子井戸におけるRashbaおよびDresselhausスピン-軌道相互作用(SOI)について検討し、これらが価電子帯上端近傍の三種正孔(HH、LH、SH)にもたらす変調効果について詳細に議論した。SiGe二元合金は閃亜鉛鉱構造をとるため、Si原子とGe原子の交互配置による反転中心の消失により、系にはDresselhaus-SOIが生じる。このSOIに起因する有効磁場により、スピンは面内方向に分極する。このスピンは<110>方向では等エネルギー面接線方向に配向するが、<100>方向では等エネルギー面法線方向に配向し、スピン-運動量ロッキングが破綻することが明らかとなった。また、擬縮退領域におけるスピン状態の不定性により、SHの<110>方向には擬縮退点を中心としたスピン渦構造が出現することを見出した。続いて我々はSiGe量子井戸に対して面直方向に外部電場を印加し、Rashba-SOIとDresselhaus-SOIとの共存効果を議論した。Rashba-SOIはスピンを等エネルギー面接線方向に配向させ、スピン-運動量ロッキングを生じさせる。しかし、ここにDresselhaus-SOIが加わることで両SOIが競合し、スピン-運動量ロッキングが成立する領域と破綻する領域とが混在する。それにも関わらず、両SOIの対称性に起因する鏡映面により、<110>、<-110>方向においては厳密にスピン-運動量ロッキングが成立することが明らかとなった。また、両SOIの共存によりブリルアンゾーンには複数の擬縮退領域が出現する。これらの領域においては特異なスピン特性に加えて顕著なBerry位相が生じることを見出した。これらの成果は未だ研究例が少ない正孔スピンの特質を初めて明らかにしたものであり、今後のスピントロニクスの発展を支える礎となることが期待される。

In 2003 and 2004, the effects of Rashba and Dresselhaus-Orbital Interaction (SOI) on the three positive holes (HH, LH, SH) near the upper end of the electron band were discussed in detail. SiGe binary alloys have a structure of Si and Ge atoms, and the interaction of Si atoms and Ge atoms has a structure of Si and Ge atoms. The SOI causes magnetic field polarization and polarization in the in-plane direction. The <110>direction of movement is equal to the direction of the plane connection. The direction of movement is equal to the direction of the plane normal<100>. The uncertainty of the state and the direction of the <110>quasi-recession point appear in the vortex structure The effect of Rashba-SOI and Dresselhaus-SOI is discussed. Rashba-SOI is the same as the surface connection direction. Dresselhaus-SOI is a new type of SOI. For <110>example, if a person has a problem with a problem, he/she may not be able to solve the problem<-110>. The coexistence of SOI and silicon oxide layers causes the occurrence of multiple pseudo-shrinking regions. This is the first time I've ever seen such a thing. The results of this study are not divided into two parts: the first part is about the characteristics of the students, the second part is about the characteristics of the students, and the third part is about the characteristics of the students.

项目成果

Spin texture and Berry phase of heavy-mass holes confined in SiGe two-dimensional quantum well system under the coexistence of Rashba and Dresselhaus spin-orbit interactions

Rashba 和 Dresselhaus 自旋轨道相互作用共存下 SiGe 二维量子阱系统中重质量空穴的自旋织构和 Berry 相

• 发表时间: 2021
• 作者: 東条 樹;武田 京三郎;岸和寿 梶典幸 水流功春 堀正敏;Tatsuki Tojo and Kyozaburo Takeda;西本優樹;間枝遼太郎;西本優樹;Tatsuki Tojo and Kyozaburo Takeda
• 通讯作者: Tatsuki Tojo and Kyozaburo Takeda

RashbaおよびDresselhausスピン軌道相互作用共存下のSiGe量子井戸内正孔におけるスピンテクスチャおよびBerry曲率

Rashba 和 Dresselhaus 自旋轨道相互作用共存下 SiGe 量子阱孔中的自旋织构和贝里曲率

• 发表时间: 2020
• 作者: 東条 樹;武田 京三郎
• 通讯作者: 武田 京三郎

Si二次元量子井戸に閉じ込められた正孔に対するスピン・軌道相互作用の面方位依存性

限制在 Si 二维量子阱中的空穴自旋轨道相互作用的平面取向依赖性

• 发表时间: 2020
• 作者: 佐藤 克;中澤 周平;東条 樹;武田 京三郎
• 通讯作者: 武田 京三郎

代表的面方位を有するSi量子井戸内正孔におけるスピン・軌道相互作用とBerry曲率

具有典型面取向的硅量子阱孔中的自旋轨道相互作用和贝里曲率

• 发表时间: 2021
• 作者: 中澤 周平;佐藤 克;東条 樹;武田 京三郎
• 通讯作者: 武田 京三郎

SiGe量子二次元系内正孔のRashbaおよびDresselhausスピン・軌道相互作用とLarmor歳差運動

SiGe 量子二维系统中的 Rashba 和 Dresselhaus 自旋轨道相互作用和空穴的拉莫尔进动

• 发表时间: 2020
• 作者: 東条 樹;武田 京三郎
• 通讯作者: 武田 京三郎