【気まぐれ電子物性】超格子とスピン

おはっす、etoです。

またまにはってことで、電子物性について。

用語を自分のおさらいも兼ねて。

行くよ〜

格子

一度でも物性系の本

教科書、ブルーバックスでも良いや

それに触れたなら聞いたことはあると思う。

電子物性の分野で格子とは

原子、分子またはイオンの集団が、空間的に規則正しく周期的に配列した個体を格子と言う

坂田亮『理工学基礎 物性科学』、東京:培風館、2000、5貢。

と言う

よく

理科の授業に、ダイヤモンドの結晶模型を

見せられたりなかっただろうか。

あの、イメージである。

超格子

では超格子。

やばそ・・・・・・・・・・と思う。

大丈夫。

超格子(ちょうこうし、Superlattice)とは複数の種類の結晶格子の重ね合わせにより、その周期構造が基本単位格子より長くなった結晶格子のこと。

Wikipedia

つまり、格子Aと格子Bを重ねたものを格子Cと呼びましょう。

この時の格子Cを超格子と言いましょう。

終わり。

終わりです。

ね?簡単でしょう?(威圧)

で、この超格子、何に使われているかと言うと

今までは主に、磁性体に使われていた。

(自分はまだやったことないけど、実際に製造するのは面倒らしい・・・・)

しかし、工夫次第によってはスピンの輸送に

使えちゃったりする。

でもその前にスピンとは何かを(とても軽く)書いていこうと思う

スピン

スピンとは、(簡単に)電子の自由度である。

電子は、良いでしょう。

原子の周りを(古典的には)回っている負の電荷を持つ粒子です。

自由度は、独立に選ぶことのできる変数の数です。

わかんないすね。

力学分野では、自由粒子の自由度は

3次元空間を移動できるから、3。

2質点系の自由度は

3次元空間を移動できる物体が2つなので、6。

ま、俺らが自由に扱えるもののこと。ですね。

すなわち、スピンというのは

原子の周りを(古典的に)回る負の荷電粒子が持つ

人間が操作可能な物理量。

ということになります。

(ネットでスピンって打つと、全角運動量とか

シュレディンガーとか出てくるけど

最初はこれで良いと思うんだ僕)

そして最近のブームとして

このスピンを使ってメモリやらのデバイスを作りたい(スピントロニクス)

があります。

例に漏れず私もその一端を担っていますが

そのスピントロニクスをまた一つ

発展させた論文が下の論文なんす。

超格子の新たな使い道、スピン輸送路

(ここから専門の人向け、むずかしくなります)

従来のスピン輸送方法は拡散をメインにしてきました。

拡散は電流輸送という点においては全く問題ないものでしたが

スピン輸送においては不向きでした。なぜなら、スピンは拡散過程でスピン緩和を起こしてしまうからです。

スピン緩和とは、「偏った状態のスピン」が平衡(的)なスピンに戻る現象のこと。(専門の言葉で言うと、アップもしくはダウンスピンが系全体のスピンの向きが0になるように向きを変えること、この系ではアップスピンとダウンスピンが等量になるようにスピンの向きが変わること)

そこで、樋浦先生(うちの助教先生)は拡散過程を用いず、波動関数の共鳴をスピン輸送機構に採用しました。

その結果、右回り円偏光で励起した際のスピン偏極率が80%を達成しました。

また超格子内の波動関数の共鳴によって生じる2つのミニバンドのうち

高いエネルギー準位にある第二ミニバンドを励起する方が

高いスピン偏極率を観測することが可能になることを発見しました。

最後に

なんだか最後の方熱くなってしまったけど

スピンと超格子について

格子の解説をし、

超格子、スピンの説明をし最後に

現在の超格子の応用について記事にしますた。

やっぱり研究って最高のエンタメだわぁ・・・・

それじゃあねえぇ。

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