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極微電子工学分野(量子スピントロニクス研究室)

白石研では、電子の量子性の1つであるスピン角運動量の制御に注目する量子スピントロニクスについて研究しています。特に、(1) IV族半導体材料を用いた新しいスピントロニクス、(2) 純スピン流という新しい流れ(カレント)の制御によるスピントランジスタや量子計算素子などの新機能素子の創出とその基礎物性の学理の理解、(3) 固体中の相対論効果であるスピン軌道相互作用を積極的に活用したスピンオービトロニクスの新機能開拓、などを目指し、量子力学・固体物理・相対論(特殊及び一般)・位相幾何学などの現代物理学(と一部数学)を自在に駆使しながら基礎から応用 まで幅広いスペクトルで研究を推進しています。研究業績は既にNature Materials誌やNature Communications誌、Physical Review Letters誌、Nano Letters誌など一流学術誌に掲載され、この分野を世界的にリードする研究室で、学生・教員共に多くの受賞歴を誇ります。詳細は下の研究テーマ紹介および研究室ホームページを参照してください。

教員

白石 誠司 ( Masashi SHIRAISHI )

教授(工学研究科 電子工学専攻)

研究テーマ

固体物理・スピントロニクス・トポロジカル絶縁体

連絡先

京都大学桂キャンパスA1棟223号室
TEL: 075-383-2272 (直通)
FAX: 075-383-2272 (同上)
E-mail:mshiraishi@kuee.kyoto-u.ac.jp

安藤 裕一郎 ( Yuichiro ANDO )

特定准教授(工学研究科 電子工学専攻・白眉センター兼任)

研究テーマ

半導体スピントロニクス、トポロジカル絶縁体

連絡先

京都大学桂キャンパスA1棟221号室
TEL: 075-383-2274 (直通)
FAX: 075-383-2274 (同上)
E-mail:ando@kuee.kyoto-u.ac.jp

大島 諒 ( Ryo Ohshima )

助教(工学研究科 電子工学専攻)

研究テーマ

酸化物スピントロニクス、固体物理

連絡先

京都大学桂キャンパスA1棟221号室
TEL: 075-383-2274 (直通)
FAX: 075-383-2274 (同上)
E-mail:ohshima.ryo.2x@kyoto-u.ac.jp

研究テーマ紹介

現在、当研究室が枢軸的研究テーマとしているのは以下の通りです。

  1. 電子の有する電荷自由度とスピン自由度を制御するスピントロニクス、特にシリコン、ゲルマニウム、分子などIV族半導体を用いたIV族スピントロニクス(Phys. Rev. Lett. 2013, Phys. Rev. Applied 2014, Phys. Rev. Lett. 2015, Phys. Rev. B 2016, など)
  2. 電荷の流れを伴わないスピン角運動量のみの流れである純スピン流の基礎物性研究と、その制御による新機能デバイスの創出(Nature Materials 2017、Phys. Rev. Lett. 2016など)
  3. 熱流とスピン流の絡み合いによる新しい熱電スピントロニクス(Phys. Rev. Applied 2018)
  4. 物質中の位相と対称性によって創発される諸物性現象、特に逆スピンホール効果やスピン軌道相互作用の制御、またトポロジカル絶縁体中のヘリカルスピン流の基礎物性に関する研究(Nano Lett. 2014, Nature Communications 2018など)

(1)-(4)に関してはこの順番に基礎学理の開拓と理解に重心が移っていますが、いづれも現在世界的に大きな注目が集まり、基礎・ 応用両面で非常に盛んに研究されているスピントロニクス領域、トポロジカル量子物性領域、及びその関連研究領域が研究の主戦場になっています。(1)では スピントランジスタの動作と再構成可能論理回路の創出を応用上のターゲットとして企業との共同研究などを行っています。 (2)では時間反転対称性を有するが故に理想的にはエネルギー散逸のないカレントである純スピン流を半導体・金属などで室温で 生成・伝播させ、その制御と基礎物性の理解、超低消費電力新機能デバイスの創出を目指しています。(3)では熱で純スピン流を生むスピン依存ゼーベック効果を中心に、熱電とスピントロニクスを融合したあたらしい物性物理科学領域の探索を行っています。(4)では固体中の相対論効果 である逆スピンホール効果やスピン軌道相互作用(これは空間反転対称性とも関連しています)、また幾何学的位相であるベリー 位相によって発現するトポロジカル絶縁体などを研究対象とし、高効率なスピン=電荷変換や、真にdissipationlessな情報伝播スキームの構築を目指しています。

研究を推進する上では国内・海外と幅広い連携を進めており、特に研究室の国際化、国際共同研究、大学院生の海外派遣を積極的に進めています。