半導体内の電子スピン波を自由に制御できる技術を確立~電子スピン波を活用する次世代情報処理基盤を開拓~

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2025-04-10 東北大学

ChatGPT:
東北大学大学院工学研究科の研究チームは、半導体内の電子スピン波の波長や空間構造を自由に制御する新たな手法を開発しました。従来の技術では、電子スピン波の波数制御に制約がありましたが、今回、プログラム可能な空間光変調器(SLM)を用いた構造化光を利用し、ガリウム・ヒ素(GaAs)/アルミニウム・ガリウム・ヒ素(AlGaAs)の量子井戸内に任意の電子スピン波を直接転写することに成功しました。この技術は、半導体のみならず、磁性薄膜や二次元材料への応用も可能であり、電子スピン波を活用した次世代情報処理技術への展開が期待されます。

半導体内の電子スピン波を自由に制御できる技術を確立~電子スピン波を活用する次世代情報処理基盤を開拓~
図1. (a)~(c)水平方向に約147画素、水平方向に約74画素、垂直方向に約98画素ごとに2πの位相シフトを誘起する入力電圧をSLMに印加し、試料から反射されたポンプビームの光から円偏光成分S₃/S₀を抽出した。(d)-(f)それぞれ(a)-(c)に対応する励起直後のt=0 psにおけるカー信号の空間マップ。

<関連情報>

半導体二次元電子ガス中のプログラマブル構造化光を用いた任意のスピンらせんのダイレクトインプリンティング Direct imprinting of arbitrary spin helices using programmable structured light in a semiconductor two-dimensional electron gas

Keito Kikuchi, Jun Ishihara, Miari Hiyama, Sota Yamamoto, Yuzo Ohno, Takachika Mori, Kensuke Miyajima, and Makoto Kohda
Physical Review Applied  Published: 7 April, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevApplied.23.044017

Abstract

Precise control of spatial spin structures, such as spin helices, is critical for advancing spintronic devices, particularly in nonvolatile low-power information storage and processing. Conventional techniques, including transient spin-grating spectroscopy and spatial- and time-resolved Kerr rotation microscopy, are limited by fixed optical grating periods and uniform light polarization, respectively, which constrain the flexibility of spin helix generation. Here, we introduce an alternative approach utilizing programmable structured light to directly imprint spatial spin structures in a Ga⁢ As/(Al,Ga)⁢ As quantum well. This method allows for precise control over the wave number and configuration of the spin helices, overcoming the limitations of previous techniques. Experiments conducted using pump-probe Kerr rotation microscopy combined with a programmable spatial light modulator revealed the efficient and tunable generation of spin helices. This approach is broadly applicable not only to semiconductors but also to magnetic thin films and two-dimensional materials.

0403電子応用
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