電子の波動関数操作によりピコ秒以下の超高速で磁化制御を実現
―テラヘルツ周波数帯で動作する低消費電力スピンデバイスに向けて新機能を実証―

August, 8, 2023, 東京--東京大学などの共同研究グループは、強磁性半導体(In,Fe)Asを含む半導体量子井戸構造に30フェムト秒（fs）の長さを持つパルスレーザ光を照射し、量子井戸の磁化を600 fsという非常に短い時間で増大させることに初めて成功した。
実験結果の解析と理論計算によるシミュレーションによると、fsパルスレーザ光で生成されたキャリア（電子と正孔）は強磁性半導体層内のFeの磁気モーメントと直接には相互作用しない。しかし、それらの空間電荷で作られる表面ポテンシャルにより量子井戸内に閉じ込めた2次元電子の波動関数およびそれに従う電子密度分布が非常に速く変化した結果、Fe磁気モーメント同士の磁気的相互作用が超高速で増強され、磁化（Feの磁気モーメントの総和による巨視的な磁気秩序）が増大することを明らかにした。従来の強磁性体では磁化を増大させるために材料のd軌道またはf軌道の電子濃度を大きく変化させる必要があり、電界効果トランジスタ（Field Effect Transistor,FET）のゲート電圧など電気的な手段で材料の電子濃度を超高速かつ大量に変調することは非常に困難だった。
これに対し、この研究で実現した波動関数による超高速磁化制御方法は、従来のキャリア濃度の変化ではなく、半導体中の波動関数を制御するという点で画期的でありトランジスタ技術に高い整合性を持つため、テラヘルツ（THz）周波数帯で超高速かつ低消費電力で動作可能なスピントロニクスデバイスや量子デバイスの実現に向けて新たな道筋を示したと考えられる。
(詳細は、https://www.t.u-tokyo.ac.jp)

共同研究グループ
東京大学大学院工学系研究科電気系工学専攻/附属スピントロニクス学術連携研究教育センターのLe Duc Anh准教授、小林正起准教授、武田崇仁特任助教および田中雅明教授の研究グループは、同大学大学院理学系研究科の鷲見寿秀大学院生、同大学物性研究所の堀尾眞史助教、松田巌教授の研究グループ、分子科学研究所の山本航平助教、理化学研究所放射光科学研究センターの久保田雄也研究員、矢橋牧名グループディレクター、高輝度光科学研究センターの大和田成起主幹研究員の研究グループ