半導体ナノ構造におけるスピンホール効果の理論研究

半导体纳米结构自旋霍尔效应的理论研究

• 批准号: 10J04841
• 负责人: 横山 知大
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Keio University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-10J04841/
• 关键词: スピン軌道相互作用; スピントロニクス; 量子ドット; スピンホール効果; 半導体ナノワイヤ; ジョセフソン接合; 半導体量子ドット; スピン偏極電流; g-因子; 外因性スピンホール効果; 近藤効果

昨年度に引き続き、強いスピン軌道相互作用のはたらく量子ドットに関する研究を行いった。量子ドット中の離散準位を介した共鳴トンネルによるスピン偏極電流の生成を「外因性スピンホール効果」として議論できることを明らかにした。本研究により、半導体ナノ構造での「共鳴現象によるスピンホール効果の増大」を共通の物理として理解できることを示した。また、半導体ナノ構造でのスピン偏極電流の生成は新奇のスピントロニクスデバイスへの応用が期待される。本研究は学術論文として発表した。本年度では、スピン軌道相互作用の知見を活かし、ジョセフソン接合の研究を行った。擬1次元的な半導体ナノワイヤを用いたジョセフソン接合を考え、スピン軌道相互作用による特異な超伝導電流を調べた。この系では、常伝導領域に電子とホールがコヒーレントに結合したアンドレーエフ束縛状態が形成される。超伝導体間に位相差があるとき、この束縛状態を介して超伝導電流が流れる。ナノワイヤが短く、伝導チャンネルが少数の場合に、アンドレーエフ束縛状態と超伝導電流におけるスピン軌道相互作用の効果を明らかにした。ナノワイヤに平行な磁場を考える。磁場によって時間反転対称性が破れている場合、スピン軌道相互作とゼーマン効果によって、超伝導体間に位相差がないときでも超伝導電流が流れる異常ジョセフソン効果が誘起されることを示した。また、超伝導電流の最大値である臨界電流が電流方向依存性を示すことを明らかにした。これはデルフト工科大学の実験グループによるInSbナノワイヤを用いた最近の実験結果を定性的に説明する。本研究は学術論文として発表した。

The study of quantum interaction between two orbits was carried out in the past year. The discrete level of the quantum field resonates with the polarization current. This study demonstrates the common physical understanding of resonance phenomena and semiconductor structures. In addition, the generation of SPIN bias current in semiconductor NANO-structures is expected to be used in novel SPINOTRONICS devices. This study is an academic paper. This year, the study of orbital interactions and their solutions has been carried out. A quasi-one dimensional semiconductor has been developed for the purpose of measuring the conductivity of semiconductor materials. This system is usually conducted in the field of electron bonding and binding. The phase difference between superconductors and the bound state of superconductors are caused by the current flowing through them. In a few cases, the effect of orbital interaction is obvious. A parallel magnetic field is considered. The magnetic field has a time-dependent symmetry, and the orbit interaction results in a phase difference between the superconductors. The maximum value of the conductance current indicates the dependence of the critical current on the current direction. This is a qualitative description of the recent results of the University of Engineering. This study is an academic paper.

项目成果

Two-Terminal Spin Filter Using Quantum Dot with Spin-Orbit Interaction in Magnetic Field

• DOI: 10.1088/1742-6596/400/4/042075
• 发表时间: 2012-12
• 期刊: Journal of Physics: Conference Series
• 作者: T. Yokoyama;M. Eto

Energy Spectrum and Anisotropic g-factor of Elliptic Quantum Dot

椭圆量子点的能谱和各向异性 g 因子

• DOI: 10.1109/isas.2011.5960917
• 发表时间: 2011
• 期刊: IEEE Conference Publications : 1^<st> International Symposium on Access Spaces 2011
• 作者: T.Yokoyama;M.Eto
• 通讯作者: M.Eto

Andreev bound states in superconductor/nanostructure/superconductor junction with spin-orbit interaction

超导体/纳米结构/超导体结中具有自旋轨道相互作用的 Andreev 束缚态

• 发表时间: 2011
• 作者: T.Yokoyama;M.Eto;Yu.V.Nazarov
• 通讯作者: Yu.V.Nazarov

Generation of spin-polarized current using multiterminal quantum dot with spin-orbit interaction

使用具有自旋轨道相互作用的多端量子点产生自旋极化电流

• DOI: 10.1103/physrevb.86.205305
• 发表时间: 2012
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Inoue A;Kawakami N;Tsuno K;Shimazu A;Tomioka K;Nakanishi M;齋藤亜希;T. Yokoyama and M. Eto
• 通讯作者: T. Yokoyama and M. Eto

Spin current generation and anisotropic g-factor in quantum dot with spin-orbit interaction

具有自旋轨道相互作用的量子点中自旋电流的产生和各向异性 g 因子

• 发表时间: 2011
• 作者: T.Yokoyama;M.Eto
• 通讯作者: M.Eto