安藤 和也スピントロニクス現象の化学的制御66Kazuya ANDO大岩 顕67Akira OIWA(2018採択)Chemically engineered spintronics phenomena(Project 2018)電荷計検出を活用した自己形成量子ドットにおける分離クーパー対相関と光子－スピン変換の研究(2019採択)Split Cooper pair correlation and photon-spin conversion in self-assembled quantum dots using charge sensing(Project 2019)56旭硝子財団 助成研究成果報告（2022）スピン軌道相互作用による電流とスピン流の変換は，電子スピンを中心とした電子技術であるスピントロニクスの基盤である．本研究は，代表的なスピントロニクス素子である重金属/強磁性金属ヘテロ構造への分子形成により，スピン軌道相互作用によるスピン流生成の制御を実現した．これまでのスピントロニクスにおいて，有機分子に対する主な関心は，著しく小さなスピン軌道相互作用に特徴づけられるスピン緩和とスピン伝導であった．今回の研究により実現された分子によるスピン流の制御は，これまで見逃されてきた重金属表面のラシュバ・エデルシュタイン効果によるスピン流生成の存在と重要性を初めて示しただけでなく，スピントロニクスにおける分子の新たな役割を明らかにしたものである．The conversion between charge and spin currents through spin-orbit coupling is the foundation of spintronics, an emerging field based on electron spins. In this work, we demonstrate the control of the spin-current gener-ation in a prototypical spintronic device, a heavy-metal/ferromagnetic-metal heterostructure, by molecular self-assembly. The field of organic spintronics has focused on studying spin relaxation and spin transport in organic materials, characterized by the very weak spin-orbit coupling. Our demonstration first reveals the ex-istence and importance of the spin-current generation by the surface Rashba-Edelstein effect, highlighting a new role of molecules in spintronics.本研究では，半導体量子ドットと作りこみ電荷計を活用してクーパー対分離と光子―スピン量子インターフェースの研究を大幅に進展させる革新的量子デバイスの基盤技術開発を行った．非局所もつれを生成するクーパー対分離器では，スピンの制御と検出が可能な量子ドットが形成できるInAs 2次元電子系に対して高い透明度を持つ超伝導体接合を実現し，クーパー対分離器を作製した．また通信波長帯で光子―スピン変換が可能なGe正孔量子ドットを実現した．これらの研究を遂行することで，材料とナノ構造から，単一光子，単一スピン，そしてそれらのもつれ相関の研究を可能にする量子複合構造を開拓することができた．In this work, we have conducted the developments of elemental technologies for the innovative quantum de-vices that significantly acerate Cooper pair splitter utilizing quantum dots equipped with charge sensors and photon-spin quantum interface. For the Cooper pair splitter creating non-local entanglement, we have realized superconducting junction with high transparency for an InAs two-dimensional electron system, in which for-mation of the spin controllable and detectable QDs are feasible and have fabricated a Cooper pair splitter. Moreover, a Ge hole QD, in which photon-spin conversion at a telecom wavelength is possible, have been realized. By conducting these projects, we have explored the quantum hybrid structures that enable the re-search on materials, nanostructures, single photons, single spins, and their entanglement correlation.
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