【化学】東北大、電子スピン永久旋回状態の電気的制御に成功

　東北大学(東北大)は、半導体トランジスタ構造を利用して電子スピンの向きを揃えたまま
永久的に回転できる状態(スピン永久旋回状態)を作り出すことに成功したと発表した。これ
により、次世代省電力・高速半導体デバイスの実現が期待できるという。

　同成果は、同大 大学院工学研究科 好田誠准教授、同研究科 国橋要司博士後期課程
学生、同研究科 新田淳作教授、レーゲンスブルク大学(ドイツ)らの研究グループによるもの。
詳細は、米国科学誌「Physical Review B」の速報版に8月27日付けで掲載された。

　半導体デバイスには、電子の持つ「電荷」が活用されている。電子は電荷と共に「スピン」
と呼ばれる磁石の性質も持つが、従来、双方を同時に利用することはなかった。

　スピンには上向きスピンと下向スピンが存在し、微小磁石の上向きと下向きに対応させる
ことができるため、半導体において電荷とともにスピンを利用することができれば、電荷の持
つ演算機能とスピンの持つ記録機能を1つの素子で兼ね備える、次世代の半導体デバイスを
実現できることとなる。これを実現するためには、電子スピンの向きを精密に制御し、かつス
ピンの向きを長い間保持する必要がある。

　半導体において電気的にスピン制御を行うには、スピン軌道相互作用を利用する。スピン
軌道相互作用は、外部から磁場を印加しなくても電子スピンに対し有効的な磁場として働くた
め、スピンの向きを自在に制御することが可能であり、電気的スピン制御に必要不可欠だが、
同時にスピンの向きをばらばらにするスピン緩和の原因でもあるため、これまで電気的スピン
制御を実現しながら、スピン緩和を抑制することは困難であると考えられてきた。

　こうした考えに対し2003年、ドイツの理論グループがスピン軌道相互作用が存在しても、スピ
ン緩和が完全に抑制できるスピン永久旋回状態の存在を予言した(図1)。通常、電子は色々な
方向に動くため、隣り合うスピンの向きもそれに合わせてばらばらになり、スピン緩和が生じる。

　一方、スピン永久旋回状態では、隣り合う電子が別々に動いても電子スピンは常に互いに
同じ向きを保持しており、スピン緩和が生じない。このスピン永久旋回状態を実現するには、
半導体に存在する2種類のスピン軌道相互作用(ラシュバスピン軌道相互作用とドレッセルハ
ウススピン軌道相互作用)を同時に制御して互いの強さを等しくする必要があった。これを受
けて2009年、カリフォルニア大学のグループが、異なる試料をいくつも用意した上で光学的な
観測手法を用いて、スピン永久旋回状態の観測を行っているが、実用的な次世代半導体デ
バイスを実現するため、現在の一般的なトランジスタ構造を利用して、スピン永久旋回状態を
実現することが求められていた。

図1：http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/09/11/052/images/001l.jpg

>>2へ続く

ソース：マイナビニュース
http://news.mynavi.jp/news/2012/09/11/052/

依頼スレッド31＠http://anago.2ch.net/test/read.cgi/scienceplus/1345176435/180

アントニオ猪木の永久電池がついに実現したか

　今回、研究グループは、図2に示した実験結果により、トランジスタ構造を用いたスピン
永久旋回状態の電気的制御を実現することに成功した。2種類のスピン軌道相互作用を
精密に制御するため、化合物半導体であるInGaAsを用いた2次元電子ガス構造を設計し、
図2(a)に示すトランジスタを作製。トランジスタにはゲート電極が取り付けられ、このゲート
に印加する電圧の強さにより、ラシュバスピン軌道相互作用の強さを自在に変化させるこ
とを可能と下。スピン軌道相互作用の強さが変わると、トランジスタの磁気伝導特性が変
わることを利用して、2種類のスピン軌道相互作用の相対的な強さがどのように変化する
のかを系統的に調べたところ(図2(b))、ゲート電極に-7.0Vを印加すると、スピン永久旋回
状態で観測される弱局在状態があらわれ、トランジスタ構造を用いてスピン永久旋回状態
の電気的制御が可能であることが確認された。さらに、ドイツのレーゲンスルブルク大学
における研究にて、2種類のスピン軌道相互作用の強さを光学測定により精密に測定し、
ラシュバスピン軌道相互作用とドレッセルハウススピン軌道相互作用の強さの比が1.08で
あることが判明。これは、理論予想である1(=ラシュバおよびドレッセルハウススピン軌道
相互作用が等しい状態)にかぎりなく近い値だったという。


図2 http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/09/11/052/images/002l.jpg

　研究グループでは、今回の成果によるスピン永久旋回状態を利用することで、スピンを用
いたインバータ回路の実現が可能となるとしており、図3のような回路構造を提案しており、
このようなインバータ回路は、これまでCMOSトランジスタにより実現され、集積回路を構成
する基本要素となっていたが、今後は、スピンを利用した低消費電力トランジスタや集積回
路へと発展させることができるとコメントしている。

図3 http://news.mynavi.jp/photo/news/2012/09/11/052/images/003l.jpg

引用ここまで

超電子ヨーヨー　超電子　竜巻〜♪

超電子スピン　タラッタ〜

　　　ディラックがな...。

新田先生凄いな

ちっともわからねぇwww

誰か簡単にどのくらい凄いのかとどう活用できるのかを７才にもわかるように教えてくれ。

半導体チップに永久磁石を組み込めるってこと？
だとすれば、Gセンサーとかジャイロとかに応用効きそうだな。

女性のスッピンは別人

股間のローレンツ力が加速し、レールガンがドピュっとな

>>8
ホッケを喰うといいよ

こんなの半導体物理専門の人間しか理解できないだろう

よくわからんけど、凄そうなのはわかる気がする・・・

後のサム・ソニ・シム自動電動モーターである。

完全に理解者向けの記事でワロタ
一個の電子で送れる情報量が増えて便利なる位しか分かんね

つまり射精には適度な摩擦と滑らかさが必要ってことか？

オルガズムを得るには適度な緩急による刺激と摩擦、ちょっぴりの恥ずかしさが必要ってことなのか？

体重５５０ｔ

>>19
コンバトラーＶ乙

日本、もの作りのパワー健在なり
こういうニュースを聞くと嬉しいですね
お願い、パクられないように注意してね
特許関連しっかりしてね

>>20
H-2Bロケットの歌　作詞つくばのJAXAの人

全長約57メートル　体重約550トン（HTVこうのとり搭載時）
巨体がうなるぞ　空飛ぶぞ
その名は超電磁ロケット
その名は〜　H-2B（トゥービー）Ｂ（ビー）
http://www.jaxa.jp/projects/rockets/h2b/design_j.html

超電磁ヨーヨー↑超電磁タツマキ↑！超電磁スピン↓

>>22
字余りすぎるｗｗ

？？？

東北大学(東北大)って書く意味がわからんw

東北大学（トンペー）

スピンがコントロール出来れば、力の方向もコントロール出来るかな。
反重力型乗り物もできるか。

わざとわかりにくく書いてるだろ
文系バカにもわかるように書けや

原子サイズのセンサーが可能だな。
1種類のデバイスで、数百種類の環境パラメータをリアルタイム計測出来るようになれば、次の課題は、データ間の繋がりを見つけ出す方法の開発。

>>10
電圧を印加した状態でって言ってるんだから永久磁石とは違うんじゃ

電子スピン永久旋回状態でググってもこのニュースしか出てこねえ

それでも文系のがマシ理系って糞だわ表紙が萌え絵の小説がどれだけサブカルで素晴らしいか

何言ってるんだかさっぱりわからん

>>31
persistent spin helix state　ならそこそこヒットするようだ

>1
Gate-controlled persistent spin helix state in (In,Ga)As quantum wells
http://prb.aps.org/abstract/PRB/v86/i8/e081306

>>26
　東北大学　→　同大学
　東北大　→　同大
どうしても同大学ではなく同大と書きたかった、とか？

同志社大学も、略して同大？

なぜ理系分野では東北大が東大を圧倒してるの？

電子がない
電子があって上向きスピン
電子があって下向きスピン

の三つの状態が準備できるので、現在の電子がある/ないの
二進法から三進法が主流になる可能性があるという意味では?
その分、単位面積/体積当たりの記憶密度が高くなる。

東工大もけっこうテレビに出てくるよね

○電流（電荷の移動）を使うよりも spin current （電荷移動がないか
　または少ない）を使う方が論理素子や記憶素子の電力を下げられる
○スピン状態を自由自在に取り扱えるようになると
　量子コンピュータが現実味を帯びる

超電磁スピン・永久旋回とかパイロットには拷問だな

40代乙

弱い風で楽に回転をさせることができて、しかも風を止めた後長く回る
風車を作ろうとすると矛盾にぶつかる

風をあてて回そうとする時は、風を逃さず受け止める形の方がいい。
その後長く回り続けるには、風を受けない形の方がいい。

で、>1　の話。
スピンを変化させるには強いスピン軌道相互作用でなければ困るが、
スピン状態を長時間保つにはスピン軌道相互作用が強いと困る、
という矛盾があった。

そこでドイツの理論グループが、二種類のスピン軌道相互作用を働かせて
片方の強さを変えられればどちらでも困らない仕組みを作れると予想した。
東北大のチームはその仕組みが実際に可能なことを(In,Ga)As量子井戸で実証した

スピンって素粒子の自由度(角運動量)を表す概念(単位)であって
本当にコマみたいに回転してるわけじゃないんだよな？
同じエネルギーバンドの中に、同じ量を持つ電子は2個入れないから
スピン1/2、という「量」を持っていると概念づけただけなんだよな？

いまいちスピンが根本的に理解できないんだが

よく知らんが、シュテルン-ゲルラッハの実験において、スピンは離散値の角運動量として顕現してる。

量子スケールの現象はどれも身近なマクロスケールとの対比で理解しようとすると無理だろ
そもそも「電荷は電子1つ分に相当する最小単位を持ち、それより小さな量は存在しない」
なんて基本的な事実の意味ですら「根本的に理解している」と言えるのか？と

電気と違って磁気には向きがあるから
磁気を表すには方向と大きさを持った量であるベクトルが適しているが
ベクトルはそのまま回転＝スピンでも表せる（右ねじの法則で相互変換）
っていうだけのことだと思っておけばそう外れてないんじゃないかと

>>1
夢のPUSH付き連続アキュームレータじゃまいか。
これは凄い。早く実用化汁。

うんうんなるほど・・・・・・ぐーぐー

文系人間の成果は理系人間には理系できるけど、
理系人間の成果は文系人間にはまったくもって理解不能。
文系人間は理系人間より下位。

>>46
電子のスピンの向きが揃う状態の事を、磁力が発生した状態と捉えてればいいという事か？

ググったら

ウーレンベックが、原子スペクトルの多重項を説明するため電子のスピンの概念を導入した

とあるな。やはり理論物理学的な概念だったんですね、トン。

それで納得した気になれるお前が正直羨ましい

”理解”はもともと漸近的なものだから、一部でも納得できればそれが次へのステップになる。

>>37

理系じゃなく、物性物理は昔から東北大が得意。

早く放射能除去なり変換なりの技術を確立してくれ

永久機関なら「猫トースト装置」で実現されてるだろ

>>56
「猫トースト装置」の猫の部分はロシアが省略に成功してるから
トーストとバターだけで可能。

インバーターはどのくらいの電流が流せるのか、ホンの少しか、それとも送電に使えるくらいか。

スピンエレクトロニクスの研究もここまできたか

大野研じゃないのか

これ凄そうなことは分かるんだけど、具体的にはどういう応用がありうるの？
アホなんで分からん。誰かおせーて。

>>44
回転しないと磁力は出ないだろ。
玄人ぶってるだけかと

>>38
三進法演算ならFFTが撃速になるなぁ．

>>62
ちゃんと勉強したことないから分からないけど
回転しないと磁力は出ない、というのが古典的な思い込みなんじゃないのかな

こういう研究をやる人間の価値をバカな女は理解できない
↓
理系男はモテない
↓
チャラ男にバカな女が殺到
↓
学力衰退



.

今の時代は昔の100万倍マシ
俺が子供の頃なんて漫画もアニメもドラマも
無学礼賛と体力至上主義の嵐だったぜ

今日のコンバトラーＶスレか・・・

シナ畜暴動パペットどもを、一糸乱れぬ行列行進
させるには、どうしたらよいかって話だろーｗ。
電子は操れても、シナ畜パペットはもう一歩か。
でも、1>>のこのアイデアすごいな。

さて、東北大学に留学生送り込むニダ

早速、綺麗なねーちゃんを東北大学に留学させるアルヨ

>>63
劇速になるのか？ 2進法ゆえのFFTなんじゃね？
3進法に合わせた新たなアルゴリズムを考え出せば話は別だが…

よくやった！！








で、何をしたの？

>>57
ソース教えてくれ
トーストとバターだけで永久機関を構築する方法が知りたい

てか、このスレ分野は「化学」であってるの？

>>72
普通は物理として扱う
論文が載った雑誌(PRB)もPhysicsが入ってることからもわかるけどアメリカ物理学会が発行してる雑誌
ギリギリで量子化学計算やってる人が関係するくらい

>>72
ある種のジョーク。

「トーストを落とすと必ずバターのついた面が落ちる（カーペットが汚れる）」
というマーフィーの法則的なものがあって、
物理の学生がこれをジョーク化して
「トーストはバターのついた面が下になるよう回転する力が生じる」
「両面にバターを塗るとトーストは永久に回転する」
というふうに発展させたもの。

>>72 がジョークだと分からず、本気で「永久機関を構築する〜」なんて言ってたら心配だぞ

>>73,74
サンクス

>>75
さすがにそれはない
「猫トースト装置」の動画は知ってる
あれは笑った

>>74
>「トーストを落とすと必ずバターのついた面が落ちる」というマーフィーの法則的なものがあって
いや普通にバターを塗った重みで重心が・・
若しくはバターを塗る面は上向きになっているが手を滑らせて落ちる時半回転で床に到達ってだけ
だからバターを塗る面は下を向け手とパンの間に塗るようにしたらどうなるかやってみたらいい

ほう