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スピンフィルタ

国内特許コード P03A000519
整理番号 U2001P052
掲載日 2003年8月28日
出願番号 特願2001-346909
公開番号 特開2003-152173
登録番号 特許第3834616号
出願日 平成13年11月13日(2001.11.13)
公開日 平成15年5月23日(2003.5.23)
登録日 平成18年8月4日(2006.8.4)
発明者
  • 大野 英男
  • 大谷 啓太
出願人
  • 国立大学法人東北大学
発明の名称 スピンフィルタ
発明の概要 量子通信や量子演算などの技術において、キャリアスピンの方向を簡易に判別する素子を提供する。半導体基板1上に、第1の磁性半導体多重量子井戸構造2、非磁性半導体量子井戸構造3、及び第2の磁性半導体多重量子井戸構造4を順次形成する。第1の磁性半導体多重量子井戸構造2は、ダウンスピン状態のキャリアのみを透過しフィルタリングする。第2の磁性半導体多重量子井戸構造4は、アップスピン状態のキャリアのみを透過しフィルタリングする。そして、非磁性半導体量子井戸構造3にサブバンド間エネルギーに相当するサブバンド光を照射し、第2のサブバンド準位に励起した際に流れる電荷量から、フィルタリングされたキャリア量を定量する。
従来技術、競合技術の概要
次世代の究極技術として、電子スピンを用いた量子通信や量子演算などが着目されている。このような技術においては、情報の読み出しを行なう際に、ユニタリ変換を行なって、前記量子通信などに用いるキャリアスピンの方向を測定することが要求される。キャリアスピンの方向を高感度に判別する方法としては、現在、時間分解ファラデー回転法などの技術が開発され、実用に供されているが、大規模なレーザ装置を必要とする点において簡便性に欠ける。
産業上の利用分野
本発明は、量子通信や量子情報処理などにおいて好適に用いることのできる、スピンフィルタに関する。
特許請求の範囲 【請求項1】 第1の磁性半導体多重量子井戸構造と、第2の磁性半導体多重量子井戸構造と、非磁性半導体量子井戸構造とを具え、この非磁性半導体量子井戸構造は、前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造及び前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造と隣接するようにして挟まれ、前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造及び前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造に磁場を印加することによってスピン分裂させ、前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造において、ダウンスピンの状態にあるキャリアのみを透過させ、前記第2の磁性半導体多重量子井戸において、アップスピンの状態にあるキャリアのみを透過させるようにしたことを特徴とする、スピンフィルタ。
【請求項2】 前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造を透過した前記ダウンスピン状態にあるキャリア量と、前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造を透過した前記アップスピン状態にあるキャリア量とは、前記非磁性半導体量子井戸構造を励起し、これによって前記スピンフィルタ内に流れる電荷量を計測することによって、定量することを特徴とする、請求項1に記載のスピンフィルタ。
【請求項3】 前記非磁性半導体量子井戸構造は、同一又は異なるバンドに属するサブバンドのサブバンド間エネルギーに相当するサブバンド間光によって励起し、前記スピンフィルタ内に流れる電荷量を計測することにより、前記ダウンスピン状態にあるキャリア量と、前記アップスピン状態にあるキャリア量とを定量することを特徴とする、請求項2に記載のスピンフィルタ。
【請求項4】 前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造及び前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造の少なくとも一方は、ZnSe層とZnMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、単層のZnCdSe層と単層のZnSe層とが積層されてなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項5】 前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造及び前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造の少なくとも一方は、ZnSe層とZnMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、ZnCdSe層とZnSe層とが交互に周期的に積層されてなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項6】前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造及び前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造の少なくとも一方は、ZnSe層とZnCdMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、単層のZnCdSe層と単層のZnSe層とが積層されてなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項7】 前記第1の磁性半導体多重量子井戸構造及び前記第2の磁性半導体多重量子井戸構造の少なくとも一方は、ZnSe層とZnCdMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、ZnCdSe層とZnSe層とが交互に周期的に積層されてなることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項8】 磁性半導体多重量子井戸構造と、非磁性半導体量子井戸構造とが隣接されて配置され、前記磁性半導体多重量子井戸構造に磁場を印加してスピン分裂を生じさせ、前記磁性半導体多重量子井戸構造において、アップスピン及びダウンスピンの少なくとも一方の状態にあるキャリアのみを透過させるようにしたことを特徴とする、スピンフィルタ。
【請求項9】 前記非磁性半導体量子井戸構造の、前記磁性半導体多重量子井戸構造と反対の側に隣接するようにして半導体障壁層を具え、前記磁性半導体多重量子井戸構造において、アップスピン及びダウンスピンの少なくとも一方の状態にあるキャリアをそれぞれ透過させるようにしたことを特徴とする、請求項8に記載のスピンフィルタ。
【請求項10】 前記磁性半導体多重量子井戸構造を透過した前記アップスピン及びダウンスピンの少なくとも一方の状態にあるキャリア量は、前記非磁性半導体量子井戸構造を励起し、これによって前記スピンフィルタ内に流れる電荷量を計測することによって、定量することを特徴とする、請求項8又は9に記載のスピンフィルタ。
【請求項11】 前記非磁性半導体量子井戸構造は、外部光によって励起し、前記スピンフィルタ内に流れる電荷量を計測することにより、前記アップスピン及びダウンスピンの少なくとも一方の状態にあるキャリア量を定量することを特徴とする、請求項10に記載のスピンフィルタ。
【請求項12】 前記磁性半導体多重量子井戸構造は、ZnSe層とZnMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、単層のZnCdSe層と単層のZnSe層とが積層されてなることを特徴とする、請求項8~11のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項13】 前記磁性半導体多重量子井戸構造は、ZnSe層とZnMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、ZnCdSe層とZnSe層とが交互に周期的に積層されてなることを特徴とする、請求項8~11のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項14】 前記磁性半導体多重量子井戸構造は、ZnSe層とZnCdMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、単層のZnCdSe層と単層のZnSe層とが積層されてなることを特徴とする、請求項8~11のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項15】 前記磁性半導体多重量子井戸構造は、ZnSe層とZnCdMnSe層とが交互に周期的に積層されてなり、前記非磁性半導体量子井戸構造は、ZnCdSe層とZnSe層とが交互に周期的に積層されてなることを特徴とする、請求項8~11のいずれか一に記載のスピンフィルタ。
【請求項16】 請求項1~15のいずれか一に記載のスピンフィルタを具える高周波発生器。
産業区分
  • 固体素子
国際特許分類(IPC)
出願権利状態 権利存続中
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