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スピン偏極度測定方法及び測定メータ、並びにこれを用いた論理演算ゲート及び信号暗号化復号化方法 コモンズ 新技術説明会

国内特許コード P130008671
整理番号 1110-31
掲載日 2013年3月12日
出願番号 特願2011-282394
公開番号 特開2013-134995
登録番号 特許第5880937号
出願日 平成23年12月22日(2011.12.22)
公開日 平成25年7月8日(2013.7.8)
登録日 平成28年2月12日(2016.2.12)
発明者
  • 酒井 政道
  • 長谷川 繁彦
  • 北島 彰
  • 大島 明博
出願人
  • 国立大学法人埼玉大学
発明の名称 スピン偏極度測定方法及び測定メータ、並びにこれを用いた論理演算ゲート及び信号暗号化復号化方法 コモンズ 新技術説明会
発明の概要 【課題】 被測定材料の材質及び測定温度に制約を受けずにスピン偏極度を測定出来るスピン偏極度測定方法及びメータを提供する。
【解決手段】 被測定材料2から非磁性導体3に注入したスピン偏極電流Ispinに平行及び垂直な縦方向電圧V及び横方向電圧Vを測定し、縦方向電流Iで割ることで、縦抵抗R及び横抵抗Rが求まる。横抵抗Rを縦抵抗Rで割った値に非磁性導体3の幅Wを乗じて非磁性導体3の長さLで割ることで、縦横抵抗率比ρyx/ρxxが得られる。縦横抵抗率比ρyx/ρxxとスピン偏極度Pとは、キャリア移動度μ及びスピン軌道相互作用の強さSの積μSを比例係数とするため、縦横抵抗率比ρyx/ρxxからスピン偏極度Pの相対値を評価出来る。スピン偏極度Pが0%および100%の電流を非磁性導体3に注入したときの各縦抵抗率ρxxを測定することで得られる上記の比例係数μSを使って、スピン偏極度Pの絶対値を評価出来る。
【選択図】 図3
従来技術、競合技術の概要


従来、固体中におけるキャリアのスピン偏極度測定方法には、主に、特許文献1及び非特許文献1に開示されたスピン偏極トンネリング効果を用いる方法と、非特許文献2に開示されたアンドレーフ反射を利用する方法の2種類がある。



前者のスピン偏極トンネリング効果を用いる方法では、絶縁層を介して強磁性層を積層した、第1の強磁性層/絶縁層/第2の強磁性層という3層構造の磁気抵抗効果素子を使う。そして、第1及び第2の強磁性層間に現れるスピン偏極トンネリング効果を利用する。スピン偏極トンネリング効果における磁気抵抗変化率は、第1の強磁性層と第2の強磁性層の伝導電子スピン偏極度をそれぞれP1、P2とすると、大まかに両者の積の2倍、すなわち2P1×P2と表される。従って、スピン偏極度P1が明確である第1の強磁性層を使用し、磁気抵抗変化率を測定することにより、第2の強磁性層のスピン偏極度P2を求めることが出来る。この方法は、実際の磁気抵抗効果素子の製造に必要な情報が直接得られるという利点を有している。



また、後者のアンドレーフ反射を利用する方法では、被測定材料に超伝導体を接合しておく。そして、被測定材料から超伝導体への入射電子がクーパー対を生成する際に、正孔が被測定材料へ反射されるという現象を利用して、スピン偏極度を測定する。

産業上の利用分野


本発明は、被測定材料におけるキャリアのスピン偏極度を測定するスピン偏極度測定方法、及びスピン偏極度測定メータ、並びにこのスピン偏極度測定メータを用いた論理演算ゲート及び信号暗号化復号化方法に関するものである。

特許請求の範囲 【請求項1】
被測定材料に非磁性導体が接合されて構成される素子の両端に電圧を印加して前記被測定材料から前記非磁性導体にスピン偏極電流を注入し、前記非磁性導体における前記スピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧、及び前記スピン偏極電流の進行方向に垂直な横方向電圧を測定し、前記縦方向電圧を前記スピン偏極電流の電流値で割った値から前記スピン偏極電流の進行方向に沿う縦方向における前記非磁性導体の縦抵抗を測定し、前記横方向電圧を前記スピン偏極電流の電流値で割った値から前記スピン偏極電流の進行方向に直交する横方向における前記非磁性導体の横抵抗を測定し、測定した前記縦抵抗及び前記横抵抗から前記非磁性導体の横抵抗率の縦抵抗率に対する縦横抵抗率比を求め、前記縦横抵抗率比と前記非磁性導体におけるキャリアのスピン偏極度とが、前記非磁性導体におけるキャリアの移動度とスピン軌道相互作用の強さとの積を比例係数とする比例関係にあることに基づいて、前記縦横抵抗率比から前記被測定材料のスピン偏極度の相対値を評価するスピン偏極度測定方法。

【請求項2】
スピン偏極度が0%のときの前記縦抵抗率の、スピン偏極度が100%のときの前記縦抵抗率に対する比から1を減算した減算値で、或るスピン偏極度における前記縦横抵抗率比の二乗値を割った値がそのスピン偏極度の二乗値に等しい関係に基づいて、前記被測定材料のスピン偏極度の絶対値を評価することを特徴とする請求項1に記載のスピン偏極度測定方法。

【請求項3】
導電性を有する被測定材料に非磁性導体が接合されたメータ本体と、前記メータ本体の両端に電圧を印加して前記被測定材料から前記非磁性導体に注入されたスピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧を測定する第1の電圧測定手段と、前記スピン偏極電流の進行方向に垂直な横方向電圧を測定する第2の電圧測定手段とから構成され
前記第1の電圧測定手段で測定された前記縦方向電圧を前記スピン偏極電流の電流値で割った値から前記スピン偏極電流の進行方向に沿う縦方向における前記非磁性導体の縦抵抗を測定し、前記第2の電圧測定手段で測定された前記横方向電圧を前記スピン偏極電流の電流値で割った値から前記スピン偏極電流の進行方向に直交する横方向における前記非磁性導体の横抵抗を測定し、測定した前記縦抵抗及び前記横抵抗から前記非磁性導体の横抵抗率の縦抵抗率に対する縦横抵抗率比を求め、スピン偏極度が0%のときの前記縦抵抗率の、スピン偏極度が100%のときの前記縦抵抗率に対する比から1を減算した減算値で、或るスピン偏極度における前記縦横抵抗率比の二乗値を割った値がそのスピン偏極度の二乗値に等しい関係に基づいて、前記縦横抵抗率比から前記非磁性導体のスピン偏極度の絶対値を評価するスピン偏極度測定メータ。

【請求項4】
導電性を有する第1の導電材料に第1の非磁性導体が接合された第1のメータ本体、第1の前記メータ本体の両端に電圧を印加して第1の前記導電材料から第1の前記非磁性導体に注入された第1のスピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧を測定する第1の電圧測定手段、及び、第1の前記スピン偏極電流の進行方向に垂直な横方向電圧を測定する第2の電圧測定手段から構成される第1のスピン偏極度測定メータと、
導電性を有する第2の導電材料に第2の非磁性導体が接合された第2のメータ本体、第2の前記メータ本体の両端に電圧を印加して第2の前記導電材料から第2の前記非磁性導体に注入された第2のスピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧を測定する第3の電圧測定手段、及び、第2の前記スピン偏極電流の進行方向に垂直な横方向電圧を測定する第4の電圧測定手段から構成される第2のスピン偏極度測定メータと、
第1の前記スピン偏極電流が流出する前記第1の非磁性導体の端部及び第2の前記スピン偏極電流が流出する前記第2の非磁性導体の端部が一端部に接合された、またはこれらの接合部分を無くして前記第1の非磁性導体及び前記第2の非磁性導体と一体成形された第3の非磁性導体からなる第3のメータ本体、第1の前記非磁性導体及び第2の前記非磁性導体から第3の前記非磁性導体に流入する第1の前記スピン偏極電流及び第2の前記スピン偏極電流が合成して形成される第3のスピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧を測定する第5の電圧測定手段、及び、第3の前記スピン偏極電流の進行方向に垂直な横方向電圧を測定する第6の電圧測定手段から構成される第3のスピン偏極度測定メータと
を備えて構成され、
第1の前記スピン偏極電流のキャリアのスピン偏極度及び第2の前記スピン偏極電流のキャリアのスピン偏極度を入力値、第3の前記スピン偏極電流のキャリアのスピン偏極度を出力値とする論理演算ゲート。

【請求項5】
第1の前記メータ本体及び第2の前記メータ本体の一方に送信信号列、他方に乱数列を入力して第3の前記メータ本体から出力される信号列を暗号列として送信し、前記論理演算ゲートの演算論理に基づいて前記乱数列と受信した前記暗号列とから前記送信信号列を復号する、請求項4に記載の論理演算ゲートを用いた信号暗号化及び復号化方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011282394thum.jpg
出願権利状態 登録
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