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ナノスピントロニクスとは

現在、電荷とスピンという電子の両方の自由度を利用して、新しいデバイスの開発を目指すスピントロニクスという研究分野が世界的に大きな発展をしています。私たちは、

• 数十ナノメートルの精度で物質を加工する微細加工技術
• 複数の元素を原子レベルで積層して新物質を作り出す薄膜作製法

の二つのナノテクノロジーを駆使して、電子のスピン・電荷・量子効果等を制御する新しい手法の探索や、新規スピントロニクスデバイスにつながる物質開発を行っています。

磁気渦の共鳴励起と磁壁の電流駆動

磁気円板中の磁気渦構造を交流電流によって共鳴励起させた様子

大きさが数マイクロメートル以下の微小な強磁性円板は、磁気渦構造と呼ばれる磁区構造を持っています。私たちは、円板に固有の周波数を持った交流電流を印加することによって、磁気渦を円板内で回転させることに初めて成功しました。さらに、私たちは、磁気渦中心に現れる磁気コアの向きを、電流を用いて反転させる技術を開発しました。 また、非常に細い磁性細線においては、磁壁（磁区と磁区の境界）をただ一つだけ閉じ込めることが可能です。この磁壁を電流によって移動させることにも成功しています。 このように強磁性体の磁化を電流によって制御することは、新しいスピントロニクスデバイスを実現する上で重要な鍵となる技術です。

磁性ナノ粒子の開発：世界最小の磁石

基板表面上の鉄白金ナノ粒子

私たちは鉄とプラチナからなる規則合金でできた直径6 nmの微小な磁石の作製に成功しました。このナノ粒子は、文字通り世界最小の磁石です。この技術は、パソコンなどのハードディスクドライブの大容量化に応用できると期待されます。

量子ナノ構造における量子状態制御

人工原子－電子干渉計の複合系

半導体を微細加工することによって、人工原子や電子干渉計をはじめとする様々な量子ナノ構造が得られます。このような量子ナノ構造を用いると、例えば単一スピンに由来する多彩な量子効果を制御することが可能です。また、量子ナノ構造は量子情報技術の中核要素でもあるため、「人間はどこまで量子力学を制御できるか」という根源的な問いに答えていくことは、応用上の観点からも極めて重要です。私たちは、超高感度の量子ゆらぎ測定系を構築して、量子状態制御の新手法を開発中です。

（最終更新日；2017年04月03日）