電子スピン-核スピン結合を利用した多値原子メモリに関する理論的研究

电子自旋-核自旋耦合多级原子存储的理论研究

基本信息

批准号：
18710085
负责人：
古門聡士
金额：
$ 1.54万
依托单位：
Shizuoka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18710085/
关键词：
スピン依存伝導量子スピン反転双安定ポテンシャル原子メモリ量子スピンメモリ原子振動スピン-フォノン相互作用模型計算スピンメモリスピン注入スピン偏極伝導第一原理電子状態計算強磁性体窒化鉄Fe_4N

项目摘要

究極の極微メモリ素子"原子メモリ"の開発を目指して,単一量子スピンS(S≧1)の状態をスピン偏極電流により制御する模型を提案し,その特性について調べた。模型は,1軸性の異方性エネルギー"-DS^2_z"(双安定ポテンシャル,D=異方性エネルギー定数S_z=スピンのz成分)を持つ局在量子スピン5を,反平行にスピン偏極した2つの電極で挟んだ系とした。ここでは,電極間を伝導する電子のスピンと局在スピン間の交換相互作用により,局在スピンが反転するか否かについて考える。特に伝導電子が(1)単一電子トンネリングの場合および(2)連続的なトンネリングの場合に注目する。それぞれの結果は次の通りである。(1)単一電子トンネリングまずスピン反転および単一電子トンネリングが起こるバイアス電圧・ゲート電圧の領域を明示した。次にこの電圧領域に対して,時間に依存するシュレーディンガー方程式を解き,存在確率の時間依存性からスピン反転にかかる時間を解析的な表式としてもとめた。さらにこの表式から反転時間の上限と下限の表式を交換相互作用,電極の準位数を用いて表した。(2)連続的なトンネリング電子系とスピン系の模型に加えて,局在スピンを持つ原子および電極内原子の振動,さらにスピンーフォノン相互作用を考慮しな。この相互作用によりスピンの緩和時間が取り入れられた。フェルミの黄金則とマスター方程式を用いて,局在スピンの期待値,電流の時間依存性を求めた。結果として,スピン反転の有無はスピンの緩和時間に大きく依存した。特に緩和時間が0.1ns未満のときば,S=3/2,5/2ではスピン反転が起きるものの,S=1,2では反転が生じなかった。この相違はスピン系の最高エネルギー準位の縮退の有無に起因する。具体的には,縮退があるS=3/2,5/2の系は,縮退の無いS=1,2の系に比べて反転を促進する遷移の確率が大きくなる。

为了开发最终的超细记忆装置“原子记忆”，我们提出了一个模型，该模型通过自旋极化电流控制单个量子自旋S（S≧1）的状态，并研究了其特性。该模型是一个系统，其中将具有单轴各向异性能量“ -ds^2_z”的局部化量子自旋（双轴电势，d =各向异性能量常数S_z = spin的z）夹在两个反平行的自旋极化电极之间。在这里，我们考虑是否由于电极和局部旋转之间导电的电子旋转之间的交换相互作用而倒置。当传导电子为（1）单电子隧道和（2）连续隧道时，这尤其值得注意。每个结果如下：（1）单电子隧道首先，偏置电压和栅极电压区域清楚地说明了旋转反转和单电子隧道的情况。接下来，对于此电压域，求解了时间依赖性的schrödinger方程，并根据存在概率的时间依赖性确定旋转反转的时间为分析表达式。此外，使用该表达式的交换相互作用和电极的水平数来表达反转时间的上和下限。（2）除了连续隧穿电子系统和自旋系统的模型外，电极中具有局部自旋和原子的原子的振动以及自旋 - 音波相互作用。这种相互作用结合了自旋松弛时间。费米的黄金法则和主方程用于确定局部旋转的期望值和电流的时间依赖性。结果，自旋反转的存在或不存在很大程度上取决于自旋的松弛时间。尤其是当松弛时间小于0.1NS时，自旋反转发生在s = 3/2和5/2时，而反演则不发生在s = 1和2时。这种差异是由于自旋系统的最高能量水平的存在或不存在。具体而言，具有变性的S = 3/2和5/2的系统具有更大的过渡概率，而过渡的概率比没有变性的S = 1和2的系统促进反转。