NTTら，電子スピンの長距離輸送に成功

日本電信電話（NTT）と東北大学は，スピンの向きが長時間保持されるように構造設計した化合物半導体量子井戸を用いることで，これまで難しかった外部電界による電子スピンの長距離輸送に世界で初めて成功した（ニュースリリース）。

電子の磁気的な性質である電子スピンを半導体中で利用することによって，超高速演算が可能となる量子コンピューターや低消費電力で動作するスピントランジスタなど画期的なデバイスが提案されており，電子スピンのデバイス応用が注目を集めている。

しかし，これまでのエレクトロニクスでは一部の記録用の磁気デバイスを除き，スピンが活かされたデバイスはなかった。その主な原因は，半導体中において電子スピンの向きがそろった状態を長時間保持し，それを長距離にわたって運ぶことが困難であることにある。

電子スピン一つ一つは量子力学的なスピン角運動量であり，これが失われることはない。半導体デバイス中でスピンを利用するためには，多数の電子スピンの向きをそろえて，それらを電気的に運んだり制御したりすることが必要となる。しかし，通常の半導体デバイス中では，たとえ全ての電子スピンの向きを揃えたとしても，それらは短時間でばらばらになってしまう。

この現象はスピン緩和と呼ばれている。このスピン緩和が起こると，電子スピンを運ぶことができる距離は短くなってしまう。電子スピンのデバイス応用を実現するためには，スピン緩和を抑制してスピンの向きを長時間保持し，それをより安定に操作することが大きな課題だった。

今回，研究チームは，スピンの向きが長時間保持されるように設計した半導体量子井戸構造を用いて，その中を移動する電子スピンがばらばらになることなく，長距離にわたって輸送されることを世界で初めて実証した。

さらに，研究で用いた半導体構造では，ゲート電圧を調整することによってスピンの向きも制御することが可能となる。研究によって成功した電子スピンの長距離輸送技術と電気的な回転制御技術とを組み合わせることで，スピン演算素子およびスピン情報処理システムの実現につながるものと期待されるとしている。