面内磁場を用いた永久スピン旋回状態の検出と電界制御

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方向の異なるスピンの回転演算子は交換しない。しかしながらスピンの回転軸が一軸になると交換関係が成立し、スピンは良い保存量となる。Rashba(R)-スピン軌道相互作用(α)とDresselhaus(D)-スピン軌道相互作用(β)が等しい条件では有効磁場の方向が一軸性となりスピン緩和が抑制される。われわれは、面内印加磁場とスピン軌道相互作用の作る有効磁場を組み合わせることにより、準一次元細線の磁気コンダクタンスの面内磁場角度依存性からR-スピン軌道相互作用とD-スピン軌道相互作用の比α/βを求めることが可能であることを提案してきた。さらに、ゲート電界によりR-スピン軌道相互作用αを制御すれば、α=β状態にできることから、散乱が生じてもスピン緩和の抑制された永久スピン旋回状態が実現できる。永久スピン旋回状態(α=β)の実現に適したInGaAs系量子井戸の設計を行い、[110」,[100],[1-10]方向の細線を作製し弱局在の面内磁場角度依存性を測定した。ゲート電界によってR-スピン軌道相互作用の強さを変化させると、[100]方向の細線では伝導度の最小を示す面内磁場角度([100]方向からの角度)が変化するのに対し、[110],[1-10]方向の細線では、それぞれ135度、45度と変化しないことが確認された。この結果は、[110],[1-10]方向の細線ではR-スピン軌道相互作用の強さを変えても2つのスピン軌道相互作用の作る有効磁場の方向が変わらないことに対応しており、理論から予測される結果と一致する。このことから、[100]方向の細線の示す伝導度の最小を示す面内磁場角度は、スピン軌道相互作用の有効磁場方向に対応することを示しており、R-スピン軌道相互作用とD-スピン軌道相互作用の比α/βを求めることが可能であること実験的に実証することに成功した。