最先端研究を訪ねて

【応用物性】

電子スピン

微小磁石の性質を持つ電子スピンを電気的に操作する世界初の実験に成功

新田淳作先生

東北大学

工学部　材料科学総合学科　知能デバイス材料学コース（工学研究科　知能デバイス材料学専攻）

◆どのような研究でしょうか

物質を原子レベルで観察すると、中心に原子核、その周囲を電子が回っています。電子は「電荷」と「スピン」という2つの性質を持っています。トランジスタに用いられる半導体は「電荷」を電気的に制御することで動いています。

一方、電子は「スピン」と呼ばれる微小な磁石の性質があり、その微小な磁石はS極とN極の向きを持ちます。最近、「スピン」の向きを、磁気を用いることなく電気的に操作することにより、省電力・高速演算可能なコンピュータが実現できると予想され、世界中の研究者がしのぎを削っています。しかし、そのためには「スピン」の向きを、ナノスケールの微小な空間で電気的に操作するという、誰も解決できない困難な課題がありました。

私たちは半導体中の電子の持つ「スピン」の向きを、ナノスケールで電気的に操作する実験に挑み、世界で初めて成功しました。

中学・高校時代は文系や、歴史などの記憶力が必要とされる科目が不得手で、大学は消去法で理系を選びました。いわゆる、勉強ができる成績の良い学生ではありませんでした。

大学の卒論研究では、ザリガニの触覚を用いて、機械的な刺激が電気的な信号に変換され神経を伝わっていく、そのプロセスを調べていました。

雑音の多い昼間はきれいな信号が観測されないため、毎回徹夜で実験をしました。工夫や苦労を重ねて、これまでにない新しいことを成果として見出せば、学会で発表し研究論文として後世に残せるのだと知り、研究者としての面白さを実感しました。

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◆新田研究室HP

・スピントランジスタなど電子スピンを用いた、新しい機能の創出

・スピンの向きを電気的に自在に操作しつつ、永続的に保つ方法の開発

◆主な業種

・半導体・電子部品・デバイス

◆主な職種

・基礎・応用研究、先行開発 

研究室卒業生の活躍は下記をご覧ください。

◆OBインタビュー

https://www.eng.tohoku.ac.jp/driving_force/vol16-1.html

電子は「電荷」とともに微小な磁石である「スピン」を持っています。これまでのエレクトロニクスでは、電子の持つ「電荷」の特性が用いられてきました。集積化の限界とともに「スピン」の特性を用いて、新しい機能を持つエレクトロニクスである「スピントロニクス」の分野を開拓しようとするため、本研究を進めています。学生には、物理に立脚した学問の開拓と工学への展開を念頭に置いて、指導しています。

(1)エレクトロニクスが現代社会にもたらした恩恵と、特に重要な役割をはたしてきた装置やデバイスを念頭に置いて現在抱える問題点を調べてください。

(2)エレクトロニクスにスピンが導入されるとどのような変革がもたらされるか調べてください。