大野教授ら、ベクトル光渦の偏光空間構造を半導体中のスピンに直接印刷～固体中スピンの空間構造を利用した情報大容量化が可能に～
研究の要旨とポイント
- ベクトル光渦の軌道角運動量に起因する偏光空間構造をスピンの空間構造として固体中に直接印刷することに成功しました。
- 固体中の電子スピンに働くスピン軌道相互作用の有効磁場を組み合わせることで、位相の反転した 2 つの電子スピン波を同時に生成できることを明らかにしました。
- 光とスピンの高次量子メディア変換やスピンテクスチャを利用したデバイスの基盤技術につながり、将来的には情報量の大容量化に貢献することが期待されます。
概要
東京理科大学理学部第一部応用物理学科の石原淳講師、宮島顕祐教授、千葉大学大学院工学研究院の森田健教授、東北大学大学院工学研究科知能デバイス材料学専攻の好田誠教授、筑波大学数理物質系の大野裕三教授らの研究グループは、ベクトル光渦の軌道角運動量に起因する偏光空間構造をスピンの空間構造として半導体量子井戸中に印刷することに成功しました。
の偏光と固体中の電子スピン状態は変換可能であり、これまで円偏光を利用した固体中へのスピン生成が行われてきました。従来の単一光によるスピン生成には均一な偏光分布を持つ基本のガウシアンビームが用いられてきましたが、この場合は特定の向きにそろ
ったスピンが生成されていました。それに対して本研究では、ラゲールガウシアンビーム(※1)の一種であるベクトル光渦を用いることで、軌道角運動量に起因した方位角依存の偏光空間分布を固体中のスピン状態に移し替え、単一光により空間周期構造を持ったスピン状態を光生成することに成功しました。光通信分野ではベクトルビームの空間構造を利用した空間分割多重による大容量化が行われていますが、同様に固体中スピンの空間構造を利用した情報大容量化が可能になると期待されます。
本研究成果は、2023 年 3 月 24 日付（米国時間）で米国の科学誌「Physical Review Letters」にてオンライン公開されました。また、Editors’ Suggestion にも選ばれました。
【用語】
※1 ラゲールガウシアンビーム：軌道角運動量をもつ光ビームの一つ。
詳しくは、大学広報HPをご覧ください。
