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東大などが電子の波動関数操作、磁化を600フェムト秒の高速制御に成功した意義

東大などが電子の波動関数操作、磁化を600フェムト秒の高速制御に成功した意義

強磁性半導体(In,Fe)Asを含む半導体量子井戸において、パルスレーザ光を照射した瞬間に超高速で電子キャリアの波動関数が動き、それに伴い1ピコ秒以下で瞬時にFe原子のスピンが揃う(赤丸はFe原子、矢印はそのスピンを表す、東大提供)

東京大学のレ・デゥック・アイン准教授、小林正起准教授、田中雅明教授らは、分子科学研究所、理化学研究所などと共同で、強磁性半導体を含む半導体の量子井戸構造に短いパルスレーザー光を当て、600フェムト秒(フェムトは1000兆分の1)の高速で磁化を制御させることに成功した。現在の半導体集積回路の10―100倍高いテラヘルツ周波数帯で動く低消費電力のスピンデバイスや量子デバイスの実現につながる。

共同グループは、半導体量子井戸構造に30フェムト秒の長さを持つパルスレーザー光を照射し、量子井戸の磁化を短い時間で増大させた。半導体量子井戸に閉じ込められた2次元電子の波動関数が高速で移動し、量子井戸内の電子キャリアの分布が変化した。波動関数の操作によって超高速で磁化を制御したのは世界初という。

波動関数によるこの超高速磁化制御法は、磁性金属材料を用いてキャリア濃度を変化させる従来法に比べて、トランジスタ技術と整合性が高いため、次世代デバイスに新たな機能を加えられる。

日刊工業新聞 2023年08月04日

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