眞田治樹 後藤秀樹 小野満恒二＊ 寒川哲臣
量子光物性研究部 ＊量子電子物性研究部
電子スピンを離れた場所に運ぶ技術は、スピン軌道相互作用の物理の解明[1]に有用であるとともに、スピン情報の伝送を必要とするスピントロニクスへの応用[2]も期待されている。我々は、半導体中を伝搬させた表面弾性波(Surface
Acoustic Wave: SAW)がつくる動的ワイヤや動的ドットを用いて、移動中のスピンのダイナミクスを調べる研究を行っている[3]。
動的ワイヤおよびドットは、厚さ20 nmのGaAs/AlGaAs(001) 量子井戸内に発生させた。試料表面の櫛形電極に高周波を印加すると、SAWが[-110]または[110]方向に速度vSAW = 3km/sで伝搬する。その際、量子井戸内部に動的なピエゾ電場が誘起され、1次元の閉じ込めポテンシャル、すなわち動的ワイヤが形成され、速度vSAWで移動する。また、直交する二波のSAWを干渉させると、ピエゾ電場が格子状に変調されることによって動的ドットが形成される。動的ドットは速度 
vSAWで[010] 方向に進行する。
輸送中のスピンダイナミクスは、ポンププローブ技術をベースとしたKerr顕微測定法によって計測した。円偏光のポンプ光を試料の固定した位置に照射すると、スピン偏極した電子が生成される。一方、直線偏光のプローブ光を別の位置に照射すると、その場所のスピンに応じて反射光の偏光軸がθKだけ回転する。このプローブ光の照射位置をスキャンしながらθKを計測することで、輸送中のスピン分布を二次元イメージとしてとらえることができる。
図1は、実験によって得られたスピン輸送の二次元イメージである。無磁場下にもかかわらずKerr信号が振動していることから、スピン軌道相互作用によってスピンが歳差運動していることが推測できる。さらに、歳差運動周波数がSAW強度にも依存することが観測された（図2）。この結果を理論的に解析したところ、表面弾性波によって生じる動的な歪やピエゾ電場が、スピン軌道相互作用を変化させていることが明らかになった[3]。今後のスピントロニクス応用に向け、新しいスピン操作技術として期待できる。
本研究の一部は科研費の援助を受けて行われた。
[1] Y. Kato et al., Nature 427 (2004) 50.
[2] S. A. Wolf et al., Science 294 (2001) 1488.
[3] H. Sanada et al., Phys. Rev. Lett. 106 (2011) 216602.
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