東北大など、スピンエサキ構造素子で半導体中のスピン検出感度を40倍に増幅

同材料を用いて、n型GaAsへのスピン蓄積を電気的に検出する実験を行った。

図1(a)のような、スピン注入素子と電気検出の測定配置により、左側の強磁性体電極から半導体へ電流を流すと、下の半導体チャネルにスピンが蓄積される(スピン注入)。蓄積されたスピンは半導体中を流れ(スピン輸送)、右側の強磁性体へ到達する。この時、右側の強磁性電極の電圧を測定すると、スピンの蓄積量に比例した電圧が発生する(スピン検出)。検出接合に印加する電圧はスピン検出感度を制御するために印加している。スピン検出感度はスピンの蓄積量を電圧測定する際の変換係数として定義される。スピン検出感度が高ければ大きなスピン電気信号が得られることになる。

図1(b)は、検出電極における電流-電圧特性。スピン蓄積があるときはないときに比べて、電流-電圧特性がシフトするため、その差を電圧として検出することにより、スピン情報を電気的に読み出すことができる。低電圧におけるオーミック性があるところではΔVNL、非オーミック性が強いところではΔVをスピン電気信号として検出される。このため、非オーミック性が強いと大きなスピン信号が得られることが期待できる(スピン増幅)。