JP2013134995A - Spin polarization measuring method and measuring meter, logical operation gate using the same and signal encryption decryption method - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a spin polarization measurement method for measuring the spin polarization of carriers in a material to be measured, a spin polarization measurement meter, a logic operation gate using the spin polarization measurement meter, and a signal encryption / decryption method. Is.
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。
Conventionally, methods for measuring the spin polarization of carriers in a solid mainly include a method using a spin-polarized tunneling effect disclosed in
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。 In the former method using the spin-polarized tunneling effect, a magnetoresistive effect element having a three-layer structure of a first ferromagnetic layer / insulating layer / second ferromagnetic layer in which a ferromagnetic layer is stacked via an insulating layer is formed. use. Then, the spin-polarized tunneling effect that appears between the first and second ferromagnetic layers is used. The rate of change in magnetoresistance in the spin-polarized tunneling effect is roughly twice the product of the two when the conduction electron spin polarization degrees of the first ferromagnetic layer and the second ferromagnetic layer are P1 and P2, respectively, that is, 2P1. XP2. Therefore, the spin polarization degree P2 of the second ferromagnetic layer can be obtained by using the first ferromagnetic layer with a clear spin polarization degree P1 and measuring the magnetoresistance change rate. This method has an advantage that information necessary for manufacturing an actual magnetoresistive element can be directly obtained.
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。 Further, in the latter method using Andreev reflection, a superconductor is bonded to the material to be measured. Then, the spin polarization degree is measured by utilizing a phenomenon that holes are reflected to the material to be measured when electrons incident on the superconductor from the material to be measured generate a Cooper pair.
しかしながら、上記従来のスピン偏極トンネリング効果を用いて第2の強磁性層のスピン偏極度P2を測定するには、予め第1の強磁性層のスピン偏極度P1を決定しておく必要がある。さらに、被測定材料は強磁性体に限られる。また、キャリアは2種類の磁性層を通過するので、強磁性層の局在スピンとの相互作用によってキャリヤのスピン状態が変化し、ひいては、キャリアのスピン偏極度はこの測定によって変化してしまう。このように、従来のスピン偏極トンネリング効果を用いた方法では、磁気抵抗変化の測定中にキャリアのスピン偏極度の値が変化しないことが保証できない。さらに、測定の原理上、大がかりな走査型トンネル電子顕微鏡(STM)技術を必要とするため、スピン偏極度の測定を簡便に行ってその測定結果を新たな回路素子へ応用することは困難である。 However, in order to measure the spin polarization degree P2 of the second ferromagnetic layer using the conventional spin polarization tunneling effect, it is necessary to determine the spin polarization degree P1 of the first ferromagnetic layer in advance. . Furthermore, the material to be measured is limited to a ferromagnetic material. Further, since the carriers pass through the two types of magnetic layers, the spin state of the carriers changes due to the interaction with the localized spins of the ferromagnetic layer, and consequently the spin polarization of the carriers changes due to this measurement. Thus, the conventional method using the spin-polarized tunneling effect cannot guarantee that the value of the carrier spin-polarization does not change during the measurement of the magnetoresistance change. Furthermore, since the principle of measurement requires a large-scale scanning tunneling electron microscope (STM) technique, it is difficult to simply measure the degree of spin polarization and apply the measurement result to a new circuit element. .
また、上記従来のアンドレーフ反射を利用してスピン偏極度を測定するには、被測定材料全体を超伝導状態に達するまで冷却する必要がある。さらに、被測定材料のフェルミ準位が電子に占有されている必要があるため、被測定材料は金属に限られる。 Further, in order to measure the spin polarization using the conventional Andreev reflection, it is necessary to cool the entire material to be measured until it reaches a superconducting state. Furthermore, since the Fermi level of the material to be measured needs to be occupied by electrons, the material to be measured is limited to metal.
このように従来のスピン偏極度を測定する方法は、被測定材料の材質及び測定温度に制約があり、例えば、半導体のスピン偏極度を室温下で測定するのは大変困難である。 As described above, the conventional method for measuring the spin polarization has restrictions on the material to be measured and the measurement temperature. For example, it is very difficult to measure the spin polarization of a semiconductor at room temperature.
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、導電性を有する被測定材料に接合された非磁性導体に前記被測定材料から注入されたスピン偏極電流の進行方向に沿う縦方向の縦抵抗を測定し、電流進行方向に直交する横方向における非磁性導体の横抵抗を測定し、測定した縦抵抗及び横抵抗から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、縦横抵抗率比と非磁性導体におけるキャリアのスピン偏極度とが、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、縦横抵抗率比から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を構成した。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and a longitudinal direction along the traveling direction of the spin-polarized current injected from the measured material into the nonmagnetic conductor bonded to the measured material having conductivity. Measure the longitudinal resistance in the direction, measure the transverse resistance of the nonmagnetic conductor in the transverse direction perpendicular to the direction of current travel, and measure the longitudinal resistance from the measured longitudinal resistance and lateral resistance to the longitudinal resistivity of the nonmagnetic conductor. The ratio of longitudinal and lateral resistivity and the spin polarization of the carrier in the nonmagnetic conductor are in a proportional relationship with the product of the mobility of the carrier in the nonmagnetic conductor and the strength of the spin orbit interaction as a proportional coefficient. Based on this, a spin polarization measuring method for evaluating the relative value of the spin polarization of the material to be measured from the aspect ratio of the longitudinal and lateral directions was constructed.
本構成によれば、導電性を有する被測定材料に接合された非磁性導体を流れるスピン偏極電流の進行方向に沿う縦方向の縦抵抗、及びこれに直交する横方向の横抵抗を測定し、測定した縦抵抗及び横抵抗から非磁性導体の縦横抵抗率比を求めることで、縦横抵抗率比と非磁性導体におけるキャリアのスピン偏極度とが比例関係にあることに基づいて、縦横抵抗率比から被測定材料のスピン偏極度の相対値を評価することが出来る。 According to this configuration, the longitudinal longitudinal resistance along the traveling direction of the spin-polarized current flowing through the nonmagnetic conductor joined to the conductive material to be measured, and the transverse resistance perpendicular to the longitudinal direction are measured. Based on the fact that the longitudinal and lateral resistivity ratio of the nonmagnetic conductor is obtained from the measured longitudinal resistance and lateral resistance, the longitudinal and lateral resistivity ratio is proportional to the spin polarization of the carrier in the nonmagnetic conductor. The relative value of the degree of spin polarization of the material to be measured can be evaluated from the ratio.
このため、従来のスピン偏極トンネリング効果を用いたスピン偏極度測定方法のように被測定材料が強磁性体に限られることはなく、また、従来のアンドレーフ反射を利用したスピン偏極度測定方法のように被測定材料が金属に限られることはなく、被測定材料は導電性を持ちさえすれば、非磁性導体の横抵抗と縦抵抗を測定するだけで、金属か半導体かに依らず、被測定材料におけるキャリアのスピン偏極度を評価することが可能になる。しかも、従来のアンドレーフ反射を利用したスピン偏極度測定方法のように、被測定材料全体を超伝導状態に達するまで冷却する必要もなく、任意の測定周囲温度で、キャリアのスピン偏極度を評価することが可能になる。また、キャリアが2種類の強磁性層を通過する従来のスピン偏極トンネリング効果を用いた測定方法とは異なり、測定中にキャリアのスピン偏極度の値が変化しないことが保証される。さらに、大がかりなSTM技術を必要としないため、スピン偏極度の測定を簡便に行ってその測定結果を論理ゲートのような新たな回路素子へ応用することが可能になる。 Therefore, the material to be measured is not limited to a ferromagnetic material as in the conventional spin polarization measurement method using the spin polarization tunneling effect, and the conventional spin polarization measurement method using Andreff reflection is used. Thus, the material to be measured is not limited to metal, and as long as the material to be measured has conductivity, it is only necessary to measure the lateral resistance and longitudinal resistance of the nonmagnetic conductor, regardless of whether it is metal or semiconductor. It becomes possible to evaluate the spin polarization of the carrier in the measurement material. Moreover, unlike the conventional spin polarization measurement method using Andreff reflection, it is not necessary to cool the entire material to be measured until it reaches the superconducting state, and the carrier spin polarization is evaluated at any measurement ambient temperature. It becomes possible. Further, unlike the measurement method using the conventional spin polarization tunneling effect in which carriers pass through two types of ferromagnetic layers, it is guaranteed that the value of the carrier spin polarization does not change during measurement. Furthermore, since a large-scale STM technique is not required, it is possible to easily measure the spin polarization and apply the measurement result to a new circuit element such as a logic gate.
また、本発明は、スピン偏極度が0%のときの縦抵抗率の、スピン偏極度が100%のときの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、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。 Further, the present invention is a subtracted value obtained by subtracting 1 from the ratio of the longitudinal resistivity when the spin polarization is 0% to the longitudinal resistivity when the spin polarization is 100%. The absolute value of the spin polarization degree of the material to be measured is evaluated based on a relationship in which the value obtained by dividing the square value of the resistivity ratio is equal to the square value of the spin polarization degree.
本構成によれば、非磁性導体の縦横抵抗率比に加えて、スピン偏極度が0%および100%の電流を非磁性導体に注入したときの各縦抵抗率を測定することで、これら各特性値の予め導かれている上記関係に基づいて、被測定材料のスピン偏極度の絶対値を評価することが出来る。このため、従来のスピン偏極トンネリング効果を用いたスピン偏極度測定方法のように、2種類の強磁性層のうちの一方の強磁性層のスピン偏極度を予め決定しておく必要もなく、簡易にスピン偏極度の絶対値を評価することが出来る。 According to this configuration, in addition to the longitudinal and lateral resistivity ratio of the nonmagnetic conductor, each longitudinal resistivity when the current having a spin polarization of 0% and 100% is injected into the nonmagnetic conductor is measured. The absolute value of the spin polarization degree of the material to be measured can be evaluated based on the above-described relationship in which the characteristic values are derived in advance. Therefore, unlike the conventional spin polarization measurement method using the spin polarization tunneling effect, it is not necessary to previously determine the spin polarization of one of the two ferromagnetic layers, The absolute value of spin polarization can be easily evaluated.
また、本発明は、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被測定材料から非磁性導体にスピン偏極電流を注入し、非磁性導体におけるスピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧、及び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、縦方向電圧をスピン偏極電流の電流値で割った値を縦抵抗、横方向電圧をスピン偏極電流の電流値で割った値を横抵抗とすることを特徴とする。 The present invention also applies a voltage to both ends of an element formed by bonding a nonmagnetic conductor to a material to be measured to inject a spin-polarized current from the material to be measured into the nonmagnetic conductor, Measure the longitudinal voltage parallel to the direction of travel of the polarized current and the lateral voltage perpendicular to the direction of travel of the spin-polarized current, and the value obtained by dividing the longitudinal voltage by the current value of the spin-polarized current is the longitudinal resistance. A value obtained by dividing the lateral voltage by the current value of the spin-polarized current is defined as a lateral resistance.
本構成によれば、被測定材料から非磁性導体に注入したスピン偏極電流の進行方向に対して平行及び垂直な縦方向電圧及び横方向電圧を測定し、測定した各電圧値を注入したスピン偏極電流の電流値で割ることで、縦抵抗及び横抵抗の値を求めることが出来る。このため、キャリアの走行状態に摂動を加えずにスピン偏極度の評価を行うことが可能になる。 According to this configuration, the longitudinal voltage and the lateral voltage that are parallel and perpendicular to the traveling direction of the spin-polarized current injected from the material to be measured to the nonmagnetic conductor are measured, and the measured voltage values are injected into the spin. By dividing by the current value of the polarized current, the values of the longitudinal resistance and the lateral resistance can be obtained. For this reason, it is possible to evaluate the spin polarization without adding perturbation to the traveling state of the carrier.
また、本発明は、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、メータ本体の両端に電圧を印加して被測定材料から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、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、スピン偏極度測定メータを構成した。 The present invention also provides a meter body in which a nonmagnetic conductor is bonded to a material to be measured having conductivity, and a spin-polarized current injected from the material to be measured into the nonmagnetic conductor by applying a voltage to both ends of the meter body. A spin polarization degree measuring meter comprising: a first voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the first and a second voltage measuring means for measuring a lateral voltage perpendicular to the traveling direction of the spin polarized current; Configured.
本構成によれば、メータ本体の両端に電圧を印加してメータ本体における被測定材料から非磁性導体にスピン偏極電流を注入し、注入したスピン偏極電流の進行方向に平行及び垂直な縦方向及び横方向電圧を第1及び第2の電圧測定手段で測定することで、縦抵抗及び横抵抗の値を求めることが出来る。このため、キャリアの走行状態に摂動を加えずにスピン偏極度の評価を簡便に行うことが可能なスピン偏極度測定メータが提供される。 According to this configuration, a voltage is applied to both ends of the meter body to inject a spin-polarized current from the material to be measured in the meter body into the nonmagnetic conductor, and vertical and parallel to the traveling direction of the injected spin-polarized current. By measuring the directional and lateral voltages with the first and second voltage measuring means, the values of the longitudinal resistance and the lateral resistance can be obtained. Therefore, a spin polarization measurement meter is provided that can easily evaluate the spin polarization without adding perturbation to the carrier running state.
また、本発明は、
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のメータ本体の両端に電圧を印加して第1の導電材料から第1の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のメータ本体の両端に電圧を印加して第2の導電材料から第2の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3の非磁性導体からなる第3のメータ本体、第1の非磁性導体及び第2の非磁性導体から第3の非磁性導体に流入する第1のスピン偏極電流及び第2の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のスピン偏極電流のキャリアのスピン偏極度及び第2の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を構成した。
The present invention also provides:
A first meter main body in which a first nonmagnetic conductor is joined to a first conductive material having conductivity, and a voltage is applied to both ends of the first meter main body to apply a first nonmagnetic from the first conductive material. First voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the first spin-polarized current injected into the conductor, and a lateral voltage perpendicular to the traveling direction of the first spin-polarized current. A first spin polarization measuring meter comprising second voltage measuring means for measuring;
A second meter main body in which a second nonmagnetic conductor is joined to a second conductive material having conductivity, and a voltage is applied to both ends of the second meter main body to apply a second nonmagnetic from the second conductive material. Third voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the second spin-polarized current injected into the conductor, and a lateral voltage perpendicular to the traveling direction of the second spin-polarized current A second spin polarization measuring meter comprising fourth voltage measuring means for measuring;
A first spin-polarized current and a second spin-polarized current flowing from the third non-magnetic conductor into the third non-magnetic conductor, the first non-magnetic conductor, and the second non-magnetic conductor. Fifth voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the third spin-polarized current formed by combining the polar currents, and perpendicular to the traveling direction of the third spin-polarized current A third spin polarization measuring meter comprising a sixth voltage measuring means for measuring a lateral voltage,
Logic having the spin polarization of the carrier of the first spin-polarized current and the spin polarization of the carrier of the second spin-polarized current as input values and the spin polarization of the carriers of the third spin-polarized current as output values Arithmetic gate was constructed.
本構成によれば、第1のメータ本体及び第2のメータ本体にそれぞれスピン偏極度が100%の第1のスピン偏極電流及び第2のスピン偏極電流を注入すると、第3のメータ本体にはスピン偏極度が100%の第3のスピン偏極電流が流れる。また、第1のメータ本体及び第2のメータ本体にそれぞれスピン偏極度が100%の第1のスピン偏極電流及びスピン偏極度が−100%の第2のスピン偏極電流を注入すると、第3のメータ本体にはスピン偏極度が0%の第3のスピン偏極電流が流れる。また、第1のメータ本体及び第2のメータ本体にそれぞれスピン偏極度が−100%の第1のスピン偏極電流及びスピン偏極度が100%の第2のスピン偏極電流を注入すると、第3のメータ本体にはスピン偏極度が0%の第3のスピン偏極電流が流れる。また、第1のメータ本体及び第2のメータ本体にそれぞれスピン偏極度が−100%の第1のスピン偏極電流及び第2のスピン偏極電流を注入すると、第3のメータ本体にはスピン偏極度が−100%の第3のスピン偏極電流が流れる。
According to this configuration, when a first spin-polarized current and a second spin-polarized current having a spin polarization degree of 100% are injected into the first meter body and the second meter body, respectively, the third meter body Flows a third spin-polarized current having a spin polarization of 100%. Further, when a first spin polarization current having a spin polarization of 100% and a second spin polarization current having a spin polarization of −100% are injected into the first meter body and the second meter body, respectively, A third spin-polarized current having a spin polarization degree of 0% flows through the
このため、第1のスピン偏極電流のキャリアのスピン偏極度及び第2の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と、出力値及び一方の入力値が分かると、他方の入力値が一義的に推測される。ここで、各入力値及び出力値は、第1〜第3の各メータ本体を流れる第1〜第3の各スピン偏極電流の進行方向に平行な縦方向電圧及びこれに垂直な横方向電圧を第1〜第6の各電圧測定手段で測定し、縦抵抗及び横抵抗を求めてスピン偏極度を算出することで、得られる。出力値及び一方の入力値から他方の入力値が一義的に推測されるこのような論理関係は、排他的論理和の論理演算ゲートにおける入力値及び出力値の論理関係に類似する。従って、本構成により擬似排他的な論理和を演算する擬似排他的論理演算ゲートが提供される。 Therefore, the spin polarization degree of the carrier of the first spin polarization current and the spin polarization degree of the carrier of the second spin polarization current are input values, and the spin polarization degree of the carriers of the third spin polarization current is an output value. Then, when the output value and one input value are known, the other input value is uniquely estimated. Here, the input value and the output value are the vertical voltage parallel to the traveling direction of the first to third spin-polarized currents flowing through the first to third meter bodies, and the horizontal voltage perpendicular thereto. Is measured by each of the first to sixth voltage measuring means, the longitudinal resistance and the lateral resistance are obtained, and the spin polarization is calculated. Such a logical relationship in which the other input value is uniquely estimated from the output value and one input value is similar to the logical relationship between the input value and the output value in the logical operation gate of exclusive OR. Therefore, this configuration provides a pseudo-exclusive logic operation gate that calculates a pseudo-exclusive OR.
また、本発明は、第1のメータ本体及び第2の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、上記の論理演算ゲートの演算論理に基づいて乱数列と受信した暗号列とから送信信号列を復号する、上記の論理演算ゲートを用いた信号暗号化及び復号化方法を構成した。 In the present invention, a transmission signal string is input to one of the first meter body and the second meter body, a random number string is input to the other, and a signal string output from the third meter body is transmitted as an encryption string. A signal encryption and decryption method using the above-described logic operation gate is configured to decrypt the transmission signal sequence from the random number sequence and the received encrypted sequence based on the operation logic of the above-described logic operation gate.
本構成によれば、第1のメータ本体に入力される送信信号列と第2のメータ本体に入力される乱数列とは、上記の論理演算ゲートによって上述した擬似排他的な論理和がとられ、その論理演算結果が暗号列として第3のメータ本体から出力され、送信される。上記の論理演算ゲートは、出力値である暗号列及び一方の入力値である乱数列から他方の入力値である入力信号列が一義的に推測されるので、受信側では、乱数列と受信した暗号列とから、上記の論理演算ゲートの演算論理に基づいて、送信した信号列を復号化することが出来る。 According to this configuration, the transmission signal sequence input to the first meter body and the random number sequence input to the second meter body are subjected to the above-described pseudo-exclusive OR by the logic operation gate. The logical operation result is output from the third meter body as an encrypted string and transmitted. In the above logical operation gate, since the input signal sequence that is the other input value is uniquely estimated from the encrypted sequence that is the output value and the random number sequence that is the one input value, the receiving side has received the random number sequence and From the cipher string, the transmitted signal string can be decrypted based on the arithmetic logic of the logical operation gate.
このため、上記の論理演算ゲートを用いることで、送信信号列を暗号列に暗号化することが出来、暗号列を送信信号列に復号化することが出来る新たな信号暗号化及び復号化方法が提供される。 For this reason, a new signal encryption and decryption method capable of encrypting a transmission signal string into an encrypted string and decrypting an encrypted string into a transmission signal string by using the logic operation gate described above is provided. Provided.
本発明によれば、上記のように、被測定材料の材質及び測定温度に制約を受けること無く、被測定材料におけるキャリアのスピン偏極度を簡便に測定することが出来るスピン偏極度測定方法、及びスピン偏極度測定メータが提供される。このため、例えば、半導体のスピン偏極度を室温下で測定することが可能になる。また、このスピン偏極度測定メータを用いることで、擬似排他的な論理和を演算する論理演算ゲートが提供され、さらに、この論理演算ゲートを用いることで、新たな信号暗号化及び復号化方法が提供される。 According to the present invention, as described above, the spin polarization measurement method that can easily measure the spin polarization of carriers in the material to be measured without being restricted by the material and measurement temperature of the material to be measured, and A spin polarization measurement meter is provided. For this reason, for example, it becomes possible to measure the spin polarization of a semiconductor at room temperature. Further, by using this spin polarization measurement meter, a logical operation gate for calculating a quasi-exclusive OR is provided. Further, by using this logical operation gate, a new signal encryption and decryption method is provided. Provided.
次に、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本発明によるスピン偏極度測定方法の一実施の形態について説明する。 Next, an embodiment of a spin polarization measurement method according to the present invention for measuring the spin polarization of carriers in a material to be measured will be described.
本実施の形態によるスピン偏極度測定方法は、次の(1)式に表される原理に基づいている。
ここで、ρxxは、導電性を有する被測定材料に接合された非磁性チャネル領域に注入されたスピン偏極電流進行方向に沿う縦方向におけるチャネル領域の縦抵抗率、ρyxは、電流進行方向に直交する横方向におけるチャネル領域の横抵抗率である。また、μはキャリアである伝導電子の移動度であり、電子の電荷量及び質量をそれぞれq及びm、電子の散乱緩和時間をτとすると、μ=qτ/mと表される。また、Sはスピン軌道相互作用の強さ、Psはスピン偏極度である。スピン偏極度Psは、次の(2)式によって定義される。
ここで、nαはチャネル領域におけるスピンアップ電子の電子密度、nβはスピンダウン電子の電子密度である。 Here, n α is the electron density of spin-up electrons in the channel region, and n β is the electron density of spin-down electrons.
上記の(1)式は、横抵抗率ρyxの縦抵抗率ρxxに対する縦横抵抗率比ρyx/ρxxとチャネル領域におけるキャリアのスピン偏極度Psとが、チャネル領域におけるキャリアの移動度μとスピン軌道相互作用の強さSとの積μSを比例係数とする比例関係にあることを表している。ここで、積μSはスピン偏極度Psの検出感度を与える。 The above formula (1), the spin polarization P s of the carriers in the aspect resistivity ratio ρ yx / ρ xx and the channel region with respect to the vertical resistivity [rho xx lateral resistivity [rho yx is, the mobility of carriers in the channel region It represents that the product has a proportional relationship with the product μS of μ and the strength S of the spin orbit interaction S as a proportional coefficient. Here, the product μS gives detection sensitivity of the spin polarization P s.
本実施の形態によるスピン偏極度測定方法では、上記の縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxを測定する。そして、測定した横抵抗率ρyxの縦抵抗率ρxxに対する縦横抵抗率比ρyx/ρxxとスピン偏極度Psとが(1)式で表される比例関係にある上述の原理に基づいて、被測定材料におけるスピン偏極度Psの相対値を評価する。移動度μとスピン軌道相互作用の強さSとはスピン偏極度Psに依存しない量であるため、このようなスピン偏極度Psの相対値測定が可能になっている。 In the spin polarization measuring method according to the present embodiment, the longitudinal resistivity ρ xx and the lateral resistivity ρ yx are measured. Then, based on the above-described principle, the ratio of the longitudinal and lateral resistivity ρ yx / ρ xx to the longitudinal resistivity ρ xx of the measured lateral resistivity ρ yx and the spin polarization P s are in a proportional relationship represented by the equation (1). Thus, the relative value of the spin polarization degree P s in the measured material is evaluated. Since the mobility μ is the magnitude S of the spin-orbit interaction is an amount that is independent of the spin polarization P s, it has become capable of relative measurement of the spin polarization P s.
ここで(1)式が成立する理由を直感的方法にもとづいて説明する。図1(a)に示すように、z方向のスピン磁気モーメントmを有する伝導電子1のスピン偏極度Psを100%にして、つまり、全ての伝導電子1のスピンをアップにして、チャネル領域δにx方向にバイアス電流Iを流すとき、伝導電子1の軌道はスピン軌道相互作用による力fSOIよって同一の−y方向に反れる。このため、チャネル領域δの内部に電荷の偏りが生じ、異常ホール効果によってホール電場EHが発生して、伝導電子1にはホール電気力fHallがy方向に作用する。定常状態では、伝導電子1に作用するホール電気力fHallとスピン軌道相互作用力fSOIとが釣り合う。従って、伝導電子1にスピン軌道相互作用が作用しても、伝導電子1の直進性を妨げる要因は実質的に消失し、伝導電子1のドリフト速度はバイアス電流Iの進行方向の縦成分のみが残る。このことは、縦抵抗率ρxxがスピン軌道相互作用に影響されないことを意味する。
Here, the reason why the expression (1) is established will be described based on an intuitive method. As shown in FIG. 1 (a), and the spin polarization P s of
一方、図1(b)に示すように、伝導電子1のスピン偏極度Psを0%にして、チャネル領域δにx方向にバイアス電流Iを流すとき、チャネル領域δの内部に電荷の偏りは生じない。このとき、z方向のスピン磁気モーメントmを有するスピンアップした伝導電子1αと、−z方向のスピン磁気モーメント−mを有するスピンダウンした伝導電子1βの各電子密度は等しい。電荷の偏りを生じないのは、スピン軌道相互作用による伝導電子1の軌道偏向の向きが、スピンアップした伝導電子1αに対しては−y方向に力fSOIが作用し、スピンダウンした伝導電子1βに対してはy方向の逆向きに力fSOIが作用するからである。このため、伝導電子1のスピン偏極度Psが0%のときは100%のときのようにホール電場EHは発生せず、ホール抵抗である横抵抗率ρyxはゼロである。従って、定常状態でもスピン軌道相互作用の影響が残り、縦抵抗率ρxxはスピン偏極度Psが100%のときよりも大きい。
On the other hand, as shown in FIG. 1B, when the spin polarization degree P s of the
以上のことから、縦抵抗率ρxxと横抵抗率ρyxはともにキャリアのスピン偏極度Psに依存し、図2に示すように、横抵抗率ρyxは、スピン偏極度Psが100%のときに最大値、スピン偏極度Psが0%のときに最小のゼロ、縦抵抗率ρxxは、スピン偏極度Psが100%のときに最小値、スピン偏極度Psが0%のときに最大値を示すことが容易に推定できる。従って、横抵抗率ρyxの縦抵抗率ρxxに対する縦横抵抗率比ρyx/ρxxはスピン偏極度Psに敏感であることが理解され、この縦横抵抗率比ρyx/ρxxからスピン偏極度Psを正確に評価できることが予測される。 From the above, the longitudinal resistivity ρ xx and the lateral resistivity ρ yx both depend on the carrier spin polarization P s , and as shown in FIG. 2, the lateral resistivity ρ yx has a spin polarization P s of 100. % When the spin polarization degree P s is 0%, the minimum is zero, and the longitudinal resistivity ρ xx is the minimum value when the spin polarization degree P s is 100% and the spin polarization degree P s is 0. It can be easily estimated that the maximum value is shown at%. Accordingly, the aspect resistivity ratio vertical resistivity [rho xx lateral resistivity ρ yx ρ yx / ρ xx is understood to be sensitive to the spin polarization P s, spin from this aspect resistivity ratio ρ yx / ρ xx it is expected that the polarization P s can be accurately evaluated.
このたび、発明者は、スピン2流体モデル(A.Fert and I.A. Campbell, Phys. Rev. Lett. 14 (1968) 1190)を使う微視的なモデルに依存しない現象論によって、縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxに対するスピン偏極度Psの影響を解析的に計算することにより、任意のスピン偏極度Psにおける縦抵抗率ρxxと横抵抗率ρyxとの比の表式を(1)式のように定量的に求めることに成功した。 This time, the inventor has obtained a longitudinal resistivity ρ xx by a phenomenology that does not depend on a microscopic model using a spin two-fluid model (A. Fert and IA Campbell, Phys. Rev. Lett. 14 (1968) 1190). and by calculating analytically the effects of spin polarization P s with respect to the lateral resistivity [rho yx, the ratio of the vertical resistivity [rho xx and horizontal resistivity [rho yx at any spin polarization P s of the expressions ( 1) We succeeded in obtaining quantitatively as shown in the equation.
すなわち、横方向と縦方向でキャリアの同じ散乱過程が同時に存在する場合には、摩擦項がテンソル形式で表現できるので、ドルーデの式は電界E及び磁界Bの存在のもとで次の(3)式のように変形出来る。
ここで、m及びqはキャリアの質量及び電荷量、vはキャリアのドリフト速度である。また、Sはテンソル量で、τ‖を縦方向のキャリアの散乱緩和時間とすると、Sは次の(4)式によって定義される。
定常状態ではdv/dt=0であり、また、磁界Bがz方向に平行とすると、スピンアップした電子の電気伝導度σα、及びスピンダウンした電子の電気伝導度σβは、それぞれ次の(5)式及び(6)式のように表される。
また、全体の電気伝導度σは次の(7)式に表される。
また、一般に、縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxは電気伝導度の各テンソル成分を用いてそれぞれ次の(8)式及び(9)式に表される。
このため、(8)式及び(9)式におけるσxx及びσxyは、(5)式、(6)式、及び(7)式から、それぞれ次の(10)式及び(11)式のように表される。
この結果、縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxは、平静時の電気伝導度σα、σβをσα,0=nαq2τ‖/m=qnαμ、σβ,0=nβq2τ‖/m=qnβμとすると、それぞれ次の(12)式及び(13)式に表される。
ここで、本実施の形態のスピン偏極度測定方法では、磁界Bを印加せず、B=0なので、(12)式及び(13)式中のBを0とすると、縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxはそれぞれ次の(14)式及び(15)式に表される。
前述した(1)式は、上記の(15)式を(14)式で割ることで導かれ、(1)式で表される原理によってスピン偏極度Psの相対値測定が前述したように可能になっている。 The above-described equation (1) is derived by dividing the above equation (15) by the equation (14). As described above, the relative value measurement of the spin polarization degree P s is performed according to the principle represented by the equation (1). It is possible.
また、スピン偏極度Psが0%のときの縦抵抗率ρxx(Ps=0)は、(12)式中のPs=0と置くことで、次の(16)式で表される。
また、スピン偏極度Psが100%のときの縦抵抗率ρxx(Ps=1)は、(12)式中のPs=1と置くことで、次の(17)式で表される。
従って、(14)式から以下の(18)式を次のように導くことが出来る。
また、(1)式から次の(19)式が導かれる。
このため、上記の(19)式に(18)式を代入すると、次の(20)式が得られる。
この(20)式は、スピン偏極度Psが0%のときの縦抵抗率ρxx(Ps=0)の、スピン偏極度Psが100%のときの縦抵抗率ρxx(Ps=1)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Psにおける縦横抵抗率比ρyx/ρxxの二乗値を割った値が、そのスピン偏極度Psの二乗値に等しい関係にあることを、表す。本実施の形態のスピン偏極度測定方法では、この関係に基づいて、被測定材料のスピン偏極度Psの絶対値を評価する。 The (20), the vertical resistivity when spin polarization P s is 0% [rho xx of (P s = 0), vertical resistivity when spin polarization P s of 100% ρ xx (P s = 1) is a subtracted value obtained by subtracting 1 from the ratio of the ratio of the longitudinal and lateral resistivity ratios ρ yx / ρ xx at a certain spin polarization degree P s to the square value of the spin polarization degree P s Indicates that they are in an equal relationship. The spin polarization measuring method of this embodiment, on the basis of this relationship, to evaluate the absolute value of the spin polarization P s of the material being measured.
スピン偏極度Psが0%の電流を非磁性チャネル領域δに注入したときの縦抵抗率ρxx(Ps=0)は実測可能であり、スピン偏極度Psが100%のときの電流を非磁性チャネル領域δに注入した縦抵抗率ρxx(Ps=1)も原理的に評価可能である。従って、或るスピン偏極度Psにおける縦横抵抗率比ρyx/ρxxとそのスピン偏極度Psとの比例係数である積μSは、スピン偏極度Psが0%及び100%のときの縦抵抗率ρxx(Ps=0)及びρxx(Ps=1)から原理上実測できることが理解される。この結果、縦横抵抗率比ρyx/ρxx、縦抵抗率ρxx(Ps=0)、及び縦抵抗率ρxx(Ps=1)の3種類の測定値を(20)式に代入することで、上記のように、スピン偏極度Psの絶対値を評価することが出来る。 The longitudinal resistivity ρ xx (P s = 0) when a current having a spin polarization P s of 0% is injected into the nonmagnetic channel region δ can be measured, and the current when the spin polarization P s is 100%. The longitudinal resistivity ρ xx (P s = 1) in which is implanted into the nonmagnetic channel region δ can be evaluated in principle. Therefore, the product μS is a proportionality coefficient aspect resistivity ratio at a certain spin polarization P s ρ yx / ρ xx and its spin polarization P s is the spin polarization P s is at 0% and 100% It is understood that the longitudinal resistivity ρ xx (P s = 0) and ρ xx (P s = 1) can be measured in principle. As a result, three types of measured values of the vertical / horizontal resistivity ratio ρ yx / ρ xx , the longitudinal resistivity ρ xx (P s = 0), and the longitudinal resistivity ρ xx (P s = 1) are substituted into the equation (20). doing, as mentioned above, it is possible to evaluate the absolute value of the spin polarization P s.
縦横抵抗率比ρyx/ρxxは、例えば、図3に示すように、被測定材料2に非磁性導体3を接合した素子の両端に電圧を印加して電流Iを流し、被測定材料2から非磁性導体3にスピン偏極電流Ispinを注入して、測定する。このとき、非磁性導体3のチャネル領域δにおけるスピン偏極電流Ispinの進行方向に平行な縦方向電界Ex及びこれに垂直な横方向電界Eyは、スピン偏極電流Ispinの縦方向電流密度をix、横方向電流密度をiyとすると、次の(21)式で表される。
この(21)式で横方向電流密度iyを0(iy=0)とすると、縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxはそれぞれ次の(22)式に表される。
このため、非磁性導体3におけるスピン偏極電流Ispinの進行方向に平行な縦方向電圧Vxを電圧計V1で測定し、縦方向電圧Vxを縦方向電流Ixの電流値で割った値を非磁性導体3の縦抵抗R‖とする。また、スピン偏極電流Ispinの進行方向に垂直な横方向電圧Vyを電圧計V2で測定し、横方向電圧Vyを縦方向電流Ixの電流値で割った値を非磁性導体3の横抵抗R⊥とする。そして、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。
For this reason, the longitudinal voltage V x parallel to the traveling direction of the spin-polarized current I spin in the
このような本実施の形態のスピン偏極度測定方法によれば、導電性を有する被測定材料2に接合された非磁性導体3のチャネル領域δを流れるスピン偏極電流の進行方向に沿う縦方向の縦抵抗率ρxx、及びこれに直交する横方向の横抵抗率ρyxを測定することで、測定した横抵抗率ρyxの縦抵抗率ρxxに対する縦横抵抗率比ρyx/ρxxと非磁性導体3におけるキャリアのスピン偏極度Psとが比例関係にあることに基づいて、縦横抵抗率比ρyx/ρxxから被測定材料2のスピン偏極度Psの相対値を評価することが出来る。
According to the spin polarization measuring method of this embodiment as described above, the vertical direction along the traveling direction of the spin polarization current flowing through the channel region δ of the
このときの比例係数は、被測定材料2とチャネル領域δの測定点までの距離が有限なため(1)式における積μSより小さくなるが、チャネル領域δの材料を変えない限り同じである。つまり、チャネル領域δで観測される縦横抵抗率比ρyx/ρxxは、被測定材料2の材料のみに依存するので、被測定材料2のスピン偏極度Psが相対測定できる。例えば、被測定材料2Yについての縦横抵抗率比ρyx/ρxxがa、被測定材料2Zについての縦横抵抗率比ρyx/ρxxがbとして得られた場合、aとbは一般に異なる値を示すが、その違いはそれぞれの被測定材料2Y、2Zのスピン偏極度Psの違いだけに由来するので、被測定材料2Y、2Zのスピン偏極度Psが相対測定できる。
The proportionality coefficient at this time is smaller than the product μS in the equation (1) because the distance between the measured
このため、従来のスピン偏極トンネリング効果を用いたスピン偏極度測定方法のように被測定材料2が強磁性体に限られることはなく、また、従来のアンドレーフ反射を利用したスピン偏極度測定方法のように被測定材料2が金属に限られることはなく、被測定材料2は導電性を持ちさえすれば、被測定材料2に接合された非磁性導体3のチャネル領域δの横抵抗率ρyxと縦抵抗率ρxxを測定するだけで、金属か半導体かに依らず、被測定材料2のスピン偏極度Psを評価することが可能になる。しかも、従来のアンドレーフ反射を利用したスピン偏極度測定方法のように、被測定材料全体を超伝導状態に達するまで冷却する必要もなく、任意の測定周囲温度で、キャリアのスピン偏極度Psを評価することが可能になる。また、キャリアが2種類の強磁性層を通過する従来のスピン偏極トンネリング効果を用いた測定方法と異なり、測定中にキャリアのスピン偏極度Psの値が変化しないことが保証される。さらに、大がかりなSTM技術を必要とせず、普通の電流測定と同様な手軽さでスピン偏極度Psを測定することが出来るため、スピン偏極度Psの測定を簡便に行ってその測定結果を後述する論理ゲートのような新たな回路素子へ応用することが可能になる。
Therefore, the material to be measured 2 is not limited to a ferromagnetic material as in the conventional spin polarization measurement method using the spin polarization tunneling effect, and the conventional spin polarization measurement method using Andreff reflection is used. The material to be measured 2 is not limited to metal as in the case of the above. As long as the material to be measured 2 has conductivity, the lateral resistivity ρ of the channel region δ of the
また、本実施の形態のスピン偏極度測定方法によれば、チャネル領域δの縦横抵抗率比ρyx/ρxxに加えて、スピン偏極度Psが0%及び100%の電流を非磁性チャネル領域に注入したときの各縦抵抗率ρxx(Ps=0)及びρxx(Ps=1)を測定することで、これら各特性値の予め導かれている(20)式の関係に基づいて、チャネル領域δのスピン偏極度Psの絶対値、ひいては後述する方法によって被測定材料2のスピン偏極度の絶対値を評価することが出来る。このため、従来のスピン偏極トンネリング効果を用いたスピン偏極度測定方法のように、2種類の強磁性層のうちの一方の強磁性層のスピン偏極度Psを予め決定しておく必要もなく、簡易にスピン偏極度Psの絶対値を評価することが出来る。
Further, according to the spin polarization measuring method of the present embodiment, in addition to the longitudinal / lateral resistivity ratio ρ yx / ρ xx of the channel region δ, a current having a spin polarization degree P s of 0% and 100% is applied to the nonmagnetic channel. By measuring each longitudinal resistivity ρ xx (P s = 0) and ρ xx (P s = 1) when injected into the region, the relationship of these characteristic values derived in advance in equation (20) is satisfied. Based on this, the absolute value of the spin polarization degree P s of the channel region δ, and hence the absolute value of the spin polarization degree of the
また、本実施の形態のスピン偏極度測定方法によれば、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の進行方向に対して平行及び垂直な縦方向電圧Vx及び横方向電圧Vyを測定し、測定した各電圧Vx,Vyの値を注入したスピン偏極電流Ispinの縦方向電流Ixの電流値で割ることで、縦抵抗R‖及び横抵抗R⊥の値を求めることが出来る。このため、キャリアの走行状態に摂動を加えずにスピン偏極度Psの評価を行うことが可能になる。
Further, according to the spin polarization measuring method of the present embodiment, the longitudinal voltage V x parallel and perpendicular to the traveling direction of the spin polarization current I spin injected from the
次に、被測定材料におけるキャリアのスピン偏極度Psを測定する本発明によるスピン偏極度測定メータの一実施の形態について説明する。 Next, one embodiment of the spin polarization measurement meter according to the invention for measuring the spin polarization P s of carriers in the material being measured.
上記の図3は、この一実施の形態によるスピン偏極度測定メータ11の構成の概略斜視図である。
FIG. 3 is a schematic perspective view of the configuration of the spin
スピン偏極度測定メータ11は、導電性を有する被測定材料2に非磁性導体3が接合されたメータ本体12から構成される。スピン偏極度Psの測定対象である被測定材料2はスピン偏極源として用いられる。また、非磁性導体3としてはPt、Pdなどの非磁性金属が用いられ、その長さLaはスピン自然拡散長よりも短く設定される。上述したように、積μSはスピン偏極度Psの検出感度を与えるため、スピン偏極度Psの測定における検出感度を上げるには、高いキャリア移動度μとスピン軌道相互作用の強さSが大きな材料の非磁性導体3を用いると、有効である。また、スピン偏極度測定メータ11は、第1の電圧測定手段として電圧計V1、第2の電圧測定手段として電圧計V2を備える。
The spin
スピン偏極度測定メータ11の両端に電圧を印加すると、被測定材料2から非磁性導体3にスピン偏極電流Ispinが注入される。電圧計V1は、被測定材料2から距離La離れた地点における非磁性導体3の、スピン偏極電流Ispinの進行方向に平行な縦方向電圧Vxを測定する。また、電圧計V2は、非磁性導体3の、スピン偏極電流Ispinの進行方向に垂直な横方向電圧Vyを測定する。測定した縦方向電圧Vx及び横方向電圧Vyをスピン偏極電流Ispinの縦方向電流Ixでそれぞれ割った値を被測定材料2に接続した非磁性チャネル領域δの縦抵抗R‖及び横抵抗R⊥とし、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Laで割ることで、縦横抵抗率比ρyx/ρxx を求める。そして、求めた縦横抵抗率比ρyx/ρxx 、並びに非磁性導体3にスピン偏極度Psが0%及び100%の電流を注入したときの各縦抵抗率ρxx(Ps=0)及びρxx(Ps=1)の値を(20)式に代入することで、被測定材料2から距離La離れた地点における非磁性導体3のスピン偏極度Psの絶対値を算出することが出来る。
When a voltage is applied to both ends of the spin
ここで、スピン偏極度0%の電流を非磁性導体3に注入するためには、被測定材料2の代わりに、非磁性導体3と同じ材料を使い、スピン偏極度100%の電流を非磁性導体3に注入するためには、被測定材料2の代わりに、ホイスラー合金(ハーフメタル)を用いる。
Here, in order to inject a current with a spin polarization of 0% into the
被測定材料2のスピン偏極度P’sは、スピン偏極度測定メータ11を用いて上記のように得られた非磁性チャネル領域δのスピン偏極度Psが図4(a)に示す較正器21を用いて較正されることで、求められる。較正器21は、被測定材料2に相当するスピン偏極源2aとして、スピン偏極度Psが100%の材料、例えば、ホイスラー合金(ハーフメタル)が使われる。また、非磁性導体3に相当する試料3aは、非磁性導体3に用いられる材料からなり、同図に示すような、長さLaよりも充分大きな長さLbを有する。
Spin polarization P 's of the measured
この構成の較正器21において、較正器21の両端に電圧を印加して電流Iを流し、ソース電極としてのスピン偏極源2aから試料3aにスピン偏極電流Ispinを注入する。そして、そのときの試料3aの各長さLx、つまり、スピン偏極源2aからの各距離Lxにおける縦方向電圧Vxを各電圧計V1a、V1b及びV1cによって測定し、横方向電圧Vyを各電圧計V2a、V2b及びV2cによって測定することで、試料3aの各長さLxにおける縦抵抗R‖及び横抵抗R⊥の各値を測定する。 In the calibrator 21 having this configuration, a voltage I is applied to both ends of the calibrator 21 to cause a current I to flow, and a spin-polarized current I spin is injected from the spin-polarized source 2a serving as a source electrode into the sample 3a. Each length Lx of the sample 3a at that time, that is, the longitudinal voltage V x at each distance Lx from the spin Henkyokugen 2a measured by the voltmeter V 1a, V 1b and V 1c, transverse voltage V y each voltmeter V 2a, by measuring the V 2b and V 2c, measuring each value of the vertical resistance R ‖ and transverse resistance R ⊥ in the length Lx of the sample 3a.
そして、この測定で得られた縦抵抗R‖及び横抵抗R⊥の各値から、チャネル幅と長さに考慮して各距離Lxにおける縦横抵抗率比ρyx/ρxx を求める。さらに、求めた縦横抵抗率比ρyx/ρxx 、並びに、既に得られているスピン偏極度Psが0%および100%のときの試料3aの各縦抵抗率ρxx(Ps=0)及びρxx(Ps=1)の値を(20)式に代入し、各距離Lxにおける試料3aのスピン偏極度Psを算出する。同図(b)は、この算出結果をグラフに表したものである。同グラフの横軸はスピン偏極源2aからの距離Lx、縦軸はスピン偏極度Psを表す。同グラフに示されるように、スピン偏極度Psは、スピン偏極源2aから離れるのに従って漸減するパターンのカーブ特性を有する。図3に示すスピン偏極度測定メータ11に用いられる非磁性導体3の長さLaは、自然対数の底をeとすると、スピン偏極度Psが1/e(=約1/2.7)に低減する距離、つまり、スピン自然拡散長よりも短く設定される(La<スピン自然拡散長)。
Then, the longitudinal and lateral resistivity ratio ρ yx / ρ xx at each distance Lx is obtained from the values of the longitudinal resistance R ‖ and lateral resistance R 得 obtained in this measurement in consideration of the channel width and length. Further, the obtained longitudinal and lateral resistivity ratio ρ yx / ρ xx , and the longitudinal resistivity ρ xx (P s = 0) of the sample 3a when the spin polarization degree P s already obtained is 0% and 100%. And the value of ρ xx (P s = 1) is substituted into the equation (20), and the spin polarization degree P s of the sample 3a at each distance Lx is calculated. FIG. 5B shows the calculation result in a graph. The horizontal axis of the graph represents the distance Lx from the spin Henkyokugen 2a, the vertical axis represents spin polarization P s. As shown in the graph, the spin polarization degree P s has a curve characteristic of a pattern that gradually decreases as the distance from the spin polarization source 2a increases. The length La of the
図3に示すスピン偏極度測定メータ11では、被測定材料2から距離La離れた地点における非磁性導体3のスピン偏極度P’s(La)を得ることが出来るが、上記較正器21で得た結果を使うことで、スピン偏極度測定メータ11で得たスピン偏極度P’s(La)から、被測定材料2からの距離0におけるスピン偏極度Ps、つまり、被測定材料2のスピン偏極度P’s(0)を得ることが出来る。すなわち、上記較正器21で得た距離Laにおけるスピン偏極度Ps(La)に対するスピン偏極度測定メータ11で得た距離Laにおけるスピン偏極度P’s(La)の比が、被測定材料2のスピン偏極度P’sに等しい。
In the spin
このような本実施の形態によるスピン偏極度測定メータ11によれば、メータ本体12の両端に電圧を印加してメータ本体12における被測定材料2から非磁性導体3にスピン偏極電流Ispinを注入し、注入したスピン偏極電流Ispinの進行方向に平行及び垂直な縦方向電圧Vx及び横方向電圧Vyを電圧計V1及びV2で測定することで、縦抵抗R‖及び横抵抗R⊥の値を求めることが出来る。このため、キャリアの走行状態に摂動を加えずにスピン偏極度Psの評価を簡便に行うことが可能なスピン偏極度測定メータ11が提供される。従って、本実施の形態によるスピン偏極度測定メータ11は、原理上、実際のスピントロニクスデバイスにおけるリード線やソース−ドレイン電極間のスピン偏極度Psを、通常の電流計による電流測定と同様な手軽さと精度で、簡易にその場で測定できる能力を有している。
According to the spin
次に、上記のスピン偏極度測定メータ11を用いた本発明による論理演算ゲートの一実施の形態について説明する。
Next, an embodiment of a logical operation gate according to the present invention using the spin
図5は、この一実施の形態による論理演算ゲート31の構成の概略斜視図である。 FIG. 5 is a schematic perspective view of the configuration of the logical operation gate 31 according to this embodiment.
論理演算ゲート31は、第1のスピン偏極度測定メータ11Aと第2のスピン偏極度測定メータ11Bと第3のスピン偏極度測定メータ11Cとを備えて構成されている。 The logical operation gate 31 includes a first spin polarization measurement meter 11A, a second spin polarization measurement meter 11B, and a third spin polarization measurement meter 11C.
第1のスピン偏極度測定メータ11Aは、導電性を有する第1の導電材料2Aに第1の非磁性導体3Aが異種接合された第1のメータ本体12Aから構成される。第1のメータ本体12Aの両端に電圧を印加して入力電流I1を流し、第1の導電材料2Aから第1の非磁性導体3Aに第1のスピン偏極電流ISPIN1を注入する。第1の電圧測定手段を構成する電圧計V1Aは、注入された第1のスピン偏極電流ISPIN1の進行方向に平行な縦方向電圧Vxを測定する。第2の電圧測定手段を構成する電圧計V2Aは、第1のスピン偏極電流ISPIN1の進行方向に垂直な横方向電圧Vyを測定する。 The first spin polarization degree measurement meter 11A includes a first meter body 12A in which a first nonmagnetic conductor 3A is heterogeneously bonded to a conductive first conductive material 2A. By applying a voltage across the first meter body 12A flowed input current I 1, injected the first spin-polarized current I SPIN1 of a first conductive material 2A in the first non-magnetic conductor 3A. The voltmeter V 1A constituting the first voltage measuring means measures the longitudinal voltage V x parallel to the traveling direction of the injected first spin polarized current I SPIN1 . The voltmeter V 2A constituting the second voltage measuring means measures a lateral voltage V y perpendicular to the traveling direction of the first spin-polarized current I SPIN1 .
また、第2のスピン偏極度測定メータ11Bは、導電性を有する第2の導電材料2Bに第2の非磁性導体3Bが異種接合された第2のメータ本体12Bから構成される。第2のメータ本体12Bの両端に電圧を印加して入力電流I2を流し、第2の導電材料2Bから第2の非磁性導体3Bに第2のスピン偏極電流ISPIN2を注入する。第3の電圧測定手段を構成する電圧計V1Bは、注入された第2のスピン偏極電流ISPIN2の進行方向に平行な縦方向電圧Vxを測定する。第4の電圧測定手段を構成する電圧計V2Bは、第2のスピン偏極電流ISPIN2の進行方向に垂直な横方向電圧Vyを測定する。 The second spin polarization measuring meter 11B includes a second meter body 12B in which a second nonmagnetic conductor 3B is heterogeneously bonded to a conductive second conductive material 2B. By applying a voltage across the second meter body 12B flowed input current I 2, injecting a second spin-polarized current I SPIN2 of a second conductive material 2B in the second non-magnetic conductor 3B. The voltmeter V 1B constituting the third voltage measuring means measures the longitudinal voltage V x parallel to the traveling direction of the injected second spin-polarized current I SPIN2 . Voltmeter V 2B constituting the fourth voltage measuring unit measures a vertical transverse voltage V y in the traveling direction of the second spin-polarized current I SPIN2.
また、第3のスピン偏極度測定メータ11Cは、第3のメータ本体12Cから構成される。第3のメータ本体12Cは第3の非磁性導体3Cからなり、第3の非磁性導体3Cには第1の非磁性導体3A及び第2の非磁性導体3Bが同種接合されている。なお、これら第1、第2及び第3の各非磁性導体3A、3B及び3Cを一体成形し、接合部分を無くしてもよい。第3の非磁性導体3Cには、第1の非磁性導体3A及び第2の非磁性導体3Bから第1のスピン偏極電流ISPIN1及び第2のスピン偏極電流ISPIN2が流入し、第3のスピン偏極電流ISPIN3が流れる。この第3のスピン偏極電流ISPIN3は、第1のスピン偏極電流ISPIN1及び第2のスピン偏極電流ISPIN2が合成して形成されるものであり、第3の非磁性導体3Cから電流I3として出力される。第5の電圧測定手段を構成する電圧計V1Cは、第3のスピン偏極電流ISPIN3の進行方向に平行な縦方向電圧Vxを測定する。第6の電圧測定手段を構成する電圧計V2Cは、第3のスピン偏極電流ISPIN3の進行方向に垂直な横方向電圧Vyを測定する。 The third spin polarization degree measurement meter 11C is composed of a third meter body 12C. The third meter main body 12C includes a third nonmagnetic conductor 3C, and the first nonmagnetic conductor 3A and the second nonmagnetic conductor 3B are jointly joined to the third nonmagnetic conductor 3C. The first, second, and third nonmagnetic conductors 3A, 3B, and 3C may be integrally formed to eliminate the joint portion. The third non-magnetic conductor 3C, the first spin-polarized current I SPIN1 and second spin-polarized current I SPIN2 flows from the first non-magnetic conductor 3A and a second non-magnetic conductor 3B, the 3 spin-polarized current I SPIN3 flows. This third spin-polarized current I Spin3 is for the first spin-polarized current I SPIN1 and second spin-polarized current I SPIN2 is formed by combining the third nonmagnetic conductor 3C It is output as a current I 3. The voltmeter V 1C constituting the fifth voltage measuring means measures the longitudinal voltage V x parallel to the traveling direction of the third spin-polarized current I SPIN3 . Voltmeter V 2C constituting the voltage measuring means 6 measures the vertical transverse voltage V y in the traveling direction of the third of the spin-polarized current I Spin3.
このような論理演算ゲート31は、第1のスピン偏極電流ISPIN1のキャリアのスピン偏極度P1及び第2のスピン偏極電流ISPIN2のキャリアのスピン偏極度P2を入力値、第3のスピン偏極電流ISPIN3のキャリアのスピン偏極度P3を出力値とする、2入力で1出力の擬似排他的論理演算ゲートを構成する。ここで、第1、第2及び第3の各スピン偏極度測定メータ11A、11B及び11Cは、チャネル領域δが非磁性体から構成されるため、アップ及びダウンスピンしたキャリアの双方を受け入れることが出来る。また、入力値であるスピン偏極度P1及びP2は、第1及び第2の各導電材料2A及び2Bに外部磁場を印加して、または、第1及び第2の各導電材料2A及び2Bの幅方向に電圧を印加してスピン偏極電流を注入し、キャリアのスピンを反転することで、任意に変えられる。 Such logical operation gate 31, the first spin-polarized current input value spin polarization P 2 of the carrier of the spin polarization P 1 and a second spin-polarized current I SPIN2 career I SPIN1, third A two-input and one-output pseudo-exclusive logic operation gate having an output value of the carrier spin polarization degree P 3 of the spin polarization current I SPIN3 is configured. Here, each of the first, second, and third spin polarization measurement meters 11A, 11B, and 11C can accept both the up-spinned and the down-spun carriers because the channel region δ is made of a nonmagnetic material. I can do it. In addition, the spin polarizations P 1 and P 2 that are input values are obtained by applying an external magnetic field to the first and second conductive materials 2A and 2B, or the first and second conductive materials 2A and 2B. By applying a voltage in the width direction, injecting a spin-polarized current, and reversing the spin of carriers, it can be changed arbitrarily.
すなわち、第1のメータ本体12A及び第2のメータ本体12Bにそれぞれスピン偏極度P1及びP2が100%の第1のスピン偏極電流ISPIN1及び第2のスピン偏極電流ISPIN2を注入すると、第3のメータ本体12Cにはスピン偏極度P3が100%の第3のスピン偏極電流ISPIN3が流れる。また、第1のメータ本体12A及び第2のメータ本体12Bにそれぞれスピン偏極度P1が100%の第1のスピン偏極電流ISPIN1及びスピン偏極度P2が−100%の第2のスピン偏極電流ISPIN2を注入すると、第3のメータ本体12Cにはスピン偏極度P3が0%の第3のスピン偏極電流ISPIN3が流れる。また、第1のメータ本体12A及び第2のメータ本体12Bにそれぞれスピン偏極度P1が−100%の第1のスピン偏極電流ISPIN1及びスピン偏極度P2が100%の第2のスピン偏極電流ISPIN2を注入すると、第3のメータ本体12Cにはスピン偏極度P3が0%の第3のスピン偏極電流ISPIN3が流れる。また、第1のメータ本体12A及び第2のメータ本体12Bにそれぞれスピン偏極度P1及びP2が−100%の第1のスピン偏極電流ISPIN1及び第2のスピン偏極電流ISPIN2を注入すると、第3のメータ本体12Cにはスピン偏極度P3が−100%の第3のスピン偏極電流ISPIN3が流れる。ここで、−100%のスピン偏極度Psとは、全てのキャリアのスピンがダウンしている状態である。 In other words, injecting a first meter body 12A and the second respective to meter body 12B spin polarization P 1 and P 2 are the first 100% of the spin-polarized current I SPIN1 and second spin-polarized current I SPIN2 Then, spin polarization P 3 through the third spin-polarized current I Spin3 100% in the third meter body 12C. The first meter body 12A and the second respectively of the meter body 12B spin polarization P 1 is the first 100% of the spin-polarized current I SPIN1 and spin polarization P 2 -100% of the second spin injection of polarized current I SPIN2, the spin polarization P 3 through the third spin-polarized current I Spin3 0% in the third meter body 12C. The first meter body 12A and the second respective to meter body 12B spin polarization P 1 is the first -100% of the spin-polarized current I SPIN1 and spin polarization P 2 is 100% of the second spin injection of polarized current I SPIN2, the spin polarization P 3 through the third spin-polarized current I Spin3 0% in the third meter body 12C. Further, the first meter body 12A and the second respective to meter body 12B spin polarization P 1 and P 2 are a first -100% of the spin-polarized current I SPIN1 and second spin-polarized current I SPIN2 injecting, the spin polarization P 3 through the third spin-polarized current I Spin3 -100% in the third meter body 12C. Here, the spin polarization degree P s of −100% is a state in which the spins of all carriers are down.
このため、本実施の形態による論理演算ゲート31では、第1のスピン偏極電流ISPIN1のキャリアのスピン偏極度P1及び第2のスピン偏極電流ISPIN2のキャリアのスピン偏極度P2を入力値、第3のスピン偏極電流ISPIN3のキャリアのスピン偏極度P3を出力値とすると、出力値P3及び一方の入力値P1またはP2が分かると、他方の入力値P2またはP1が一義的に推測される。ここで、各入力値P1、P2及び出力値P3は、第1〜第3の各メータ本体12A、12B及び12Cを流れる第1〜第3の各スピン偏極電流ISPIN1、ISPIN2及びISPIN3の進行方向に平行な縦方向電圧Vx及びこれに垂直な横方向電圧Vyを電圧計V1A、V1B及びV1C、並びにV2A、V2B及びV2Cで測定し、縦抵抗率ρxx及び横抵抗率ρyxを求めてスピン偏極度Psを算出することで、得られる。
Therefore, the logical operation gate 31 according to this embodiment, the spin polarization P 2 of the carrier of the first spin-polarized carrier of the spin-polarized current I SPIN1 extreme P 1 and a second spin-polarized current I SPIN2 input value, when an output value of the spin polarization P 3 of the carrier of the third spin-polarized current I Spin3, the output value P 3 and one input value P 1 or P 2 is known, the other input value P 2 or P 1 is uniquely deduced. Here, each
出力値P3及び一方の入力値P1またはP2から他方の入力値P2またはP1が一義的に推測されるこのような擬似排他的な論理関係は、図6(a)に示す真理値表にまとめられる。ここで、論理値「1」は100%のスピン偏極度Ps、論理値「−1」は−100%のスピン偏極度Ps、論理値「0」は0%のスピン偏極度Psに対応している。同図(b)は、排他的論理和(XOR)を演算する一般的な論理演算ゲートにおける入力値A、B及び出力値C間の論理関係を表す真理値表である。この真理値表でも、出力値C及び一方の入力値AまたはBから、他方の入力値BまたはAが一義的に推測される。このため、同図(a)に演算論理を示す本実施の形態による論理演算ゲート31の擬似XORは、同図(b)に演算論理を示す一般的なXORに類似する。従って、本実施の形態による論理演算ゲート31により、擬似排他的な論理和を演算する擬似XORゲートが提供される。 Such a pseudo-exclusive logical relationship in which the other input value P 2 or P 1 is uniquely estimated from the output value P 3 and one input value P 1 or P 2 is the truth shown in FIG. Summarized in a value table. Here, the logical value “1” is 100% spin polarization P s , the logical value “−1” is −100% spin polarization P s , and the logical value “0” is 0% spin polarization P s . It corresponds. FIG. 6B is a truth table showing a logical relationship between input values A and B and an output value C in a general logical operation gate that calculates an exclusive OR (XOR). Also in this truth table, the other input value B or A is uniquely estimated from the output value C and one input value A or B. For this reason, the pseudo XOR of the logic operation gate 31 according to the present embodiment whose operation logic is shown in FIG. 11A is similar to the general XOR whose operation logic is shown in FIG. Therefore, the logical operation gate 31 according to the present embodiment provides a pseudo XOR gate for calculating a pseudo exclusive OR.
図7は、一般的なXOR論理演算ゲート41を5個のPNPトランジスタ42〜46及び1個のNPNトランジスタ47で構成した一例を示す。入力値Aをスイッチ48、入力値Bをスイッチ49で入力することで、出力端子50に出力値Cが得られる。一般的なXOR論理演算ゲート41はこのように6個のバイポーラ・トランジスタ42〜47を必要とする。1個当たりのこれらトランジスタ42〜47におけるPN接合は2個であるから、XOR論理演算ゲート41には合計で12個のPN接合が必要とされる。これに対し、本実施の形態による擬似XOR論理演算ゲート31は、第1、第2及び第3の各非磁性導体3A、3B及び3Cを一体成形することで、第1の導電材料2Aと第1の非磁性導体3Aとの接合、及び第2の導電材料2Bと第2の非磁性導体3Bとの接合の2個の接合で、極めて簡単に構成することが出来る。
FIG. 7 shows an example in which a general XOR logic operation gate 41 is composed of five PNP transistors 42 to 46 and one
次に、上記の論理演算ゲート31を用いた本発明による信号暗号化及び復号化方法の一実施の形態について説明する。 Next, an embodiment of a signal encryption / decryption method according to the present invention using the above-described logic operation gate 31 will be described.
本実施の形態の信号暗号化方法では、上記の論理演算ゲート31における第1のメータ本体12A及び第2のメータ本体12Bの一方に送信信号列、他方に乱数列を入力して、第3のメータ本体12Cから出力される信号列を暗号列として送信する。例えば、第1のメータ本体12Aにおけるキャリアのスピン偏極度P1を図8(a)に示すスピン偏極信号列P1、第2のメータ本体12Bにおけるキャリアのスピン偏極度P2を同図(b)に示すスピン偏極乱数列P2として信号入力すると、第3のメータ本体12Cのキャリアのスピン偏極度P3は、図6(a)に示す真理値表に従った同図(c)に示す値となる。本実施の形態の信号暗号化方法では、同図(c)に示すこの値の列を暗号化情報列P3として第3のメータ本体12Cから出力し、情報通信における鍵暗号化を行う。 In the signal encryption method according to the present embodiment, a transmission signal sequence is input to one of the first meter body 12A and the second meter body 12B in the logic operation gate 31, and a random number sequence is input to the other. A signal string output from the meter main body 12C is transmitted as an encrypted string. For example, the spin-polarized signal sequence P 1 shown in FIG. 8 (a) the spin polarization P 1 of the carrier in the first meter body 12A, the spin polarization P 2 of the carrier of the second meter body 12B FIG ( When the signal input as a spin-polarized random number sequence P 2 shown in b), the spin polarization P 3 of the carrier of the third meter body 12C is drawing in accordance with the truth table shown in FIG. 6 (a) (c) It becomes the value shown in. The signal encryption method of the present embodiment, output from the third meter body 12C column of the value shown in (c) as encrypted information sequence P 3, performs key encryption in the information communication.
また、本実施の形態の信号復号化方法では、上記の論理演算ゲート31の図6(a)に示す演算論理に基づいて、乱数列と受信した暗号列とから、送信信号列を復号する。例えば、図8(c)に示す暗号化情報列P3を受信した場合には、送信時に用いた同図(b)に示すスピン偏極乱数列P2と同じ同図(e)に示すスピン偏極乱数列P2を用い、図6(a)に示す真理値表の論理に基づき、同図(f)に示すスピン偏極信号列P1を復号化する。この復号化により、送信された同図(a)に示すスピン偏極信号列P1を得ることで、情報通信における鍵復号化を行う。 Further, in the signal decoding method according to the present embodiment, the transmission signal sequence is decoded from the random number sequence and the received encrypted sequence based on the operation logic shown in FIG. For example, the spin shown in the case of receiving the encrypted information sequence P 3 shown in FIG. 8 (c), the same figure as the spin-polarized random number sequence P 2 shown in (b) was used at the time of transmission (e) using polarized random number sequence P 2, based on the logic of the truth table shown in FIG. 6 (a), decodes the spin-polarized signal sequence P 1 shown in FIG. (f). By this decryption, the transmitted spin-polarized signal sequence P 1 shown in FIG. 5A is obtained, and key decryption in information communication is performed.
このような本実施の形態の信号暗号化及び復号化方法によれば、上記のように、第1のメータ本体12Aに入力される送信信号列P1と第2のメータ本体12Bに入力される乱数列P2とは、論理演算ゲート31によって図6(a)に示す擬似排他的論理和がとられ、その論理演算結果が暗号列P3として第3のメータ本体12Cから出力され、送信される。論理演算ゲート31は、出力値である暗号列P3及び一方の入力値である乱数列P2から他方の入力値である入力信号列P1が一義的に推測されるので、受信側では、乱数列P2と受信した暗号列P3とから、論理演算ゲート31の演算論理に基づいて、送信した信号列P1を復号化することが出来る。 According to the signal encryption and decryption method of the present embodiment, as described above, it is input and the transmission signal sequence P 1 that is input to the first meter body 12A to the second meter body 12B the random number sequence P 2, pseudo XOR shown in FIG. 6 (a) is taken by the logical operation gate 31, the logical operation result is outputted from the third meter body 12C as the encryption sequence P 3, it is transmitted The Since the logical operation gate 31 uniquely estimates the input signal string P 1 as the other input value from the encrypted string P 3 as the output value and the random number string P 2 as one input value, from the random number sequence P 2 and received cipher sequence P 3 Prefecture, on the basis of the calculation logic of logic operations gates 31, it is possible to decode the transmitted signal sequence P 1.
このため、上記の擬似XOR論理演算ゲート31を用いることで、送信信号列P1を暗号列P3に暗号化することが出来、暗号列P3を送信信号列P1に復号化することが出来る信号暗号化及び復号化方法が提供される。 Therefore, by using the pseudo XOR logic operation gate 31 described above, the transmission signal sequence P 1 can be encrypted into the encrypted sequence P 3 , and the encrypted sequence P 3 can be decrypted into the transmission signal sequence P 1. Possible signal encryption and decryption methods are provided.
XOR論理演算ゲート41は、各種TTLを始め、鍵暗号通信における情報の暗号化及び復号化技術に必須の論理ゲートである。このため、本発明によるスピン偏極度PSを入出力とする上述した擬似XOR論理演算ゲート31は、これらディジタル回路における省電力化と高度集積化に格段の進歩をもたらす。 The XOR logic operation gate 41 is a logic gate essential for information encryption and decryption techniques in key encryption communication including various TTLs. Therefore, the pseudo-XOR logic operation gates 31 described above to the spin polarization P S of the present invention and input-output leads to a great improvement in the power saving and high integration in these digital circuits.
1…伝導電子
1α…スピンアップした伝導電子
1β…スピンダウンした伝導電子
2…被測定材料
2a…スピン偏極源
2A、2B…導電材料
3…非磁性導体
3a、3A、3B、3C…非磁性導体
11…スピン偏極度測定メータ
12、12A、12B、12C…メータ本体
21…較正器
31…論理演算ゲート
I…電流
δ…チャネル領域
fSOI…スピン軌道相互作用力
fHall…ホール電気力
EH…ホール電場
m…スピン磁気モーメント
Ispin…スピン偏極電流
V1、V2…電圧計
DESCRIPTION OF
Claims (6)
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。 A first meter body in which a first nonmagnetic conductor is joined to a first conductive material having conductivity, a voltage is applied to both ends of the first meter body, and the first conductive material is used to First voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the first spin-polarized current injected into the nonmagnetic conductor, and perpendicular to the traveling direction of the first spin-polarized current A first spin polarization measuring meter comprising second voltage measuring means for measuring a lateral voltage;
A second meter body in which a second non-magnetic conductor is joined to a second conductive material having conductivity; a voltage is applied to both ends of the second meter body to apply a second from the second conductive material; Third voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the second spin-polarized current injected into the non-magnetic conductor, and perpendicular to the traveling direction of the second spin-polarized current A second spin polarization measuring meter comprising fourth voltage measuring means for measuring a lateral voltage;
A third meter body composed of a third nonmagnetic conductor, a first spin-polarized current flowing into the third nonmagnetic conductor from the first nonmagnetic conductor and the second nonmagnetic conductor; 5th voltage measuring means for measuring a longitudinal voltage parallel to the traveling direction of the third spin-polarized current formed by combining the two spin-polarized currents, and the third spin-polarized current A third spin polarization measuring meter comprising sixth voltage measuring means for measuring a lateral voltage perpendicular to the traveling direction of
The spin polarization of the carrier of the first spin-polarized current and the spin polarization of the carrier of the second spin-polarized current are input values, and the spin polarization of the carrier of the third spin-polarized current is output. Logical operation gate.
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Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1056219A (en) * | 1996-05-06 | 1998-02-24 | Mark B Johnson | Hall effect element and its operating method |
JPH10313137A (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Nec Corp | Magnetic-field detecting element |
JPH1164476A (en) * | 1997-08-26 | 1999-03-05 | Toshiba Corp | Spin detector |
JP2010122211A (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Hitachi Ltd | Spin photoelectric device |
JP2010126733A (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-10 | National Institute For Materials Science | Co-BASED HEUSLER ALLOY, AND MAGNETIC ELEMENT USING THE SAME |
JP2011082388A (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-21 | Saitama Univ | Spintronics device, and logical operation element |
-
2011
- 2011-12-22 JP JP2011282394A patent/JP5880937B2/en active Active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH1056219A (en) * | 1996-05-06 | 1998-02-24 | Mark B Johnson | Hall effect element and its operating method |
JPH10313137A (en) * | 1997-05-13 | 1998-11-24 | Nec Corp | Magnetic-field detecting element |
JPH1164476A (en) * | 1997-08-26 | 1999-03-05 | Toshiba Corp | Spin detector |
JP2010122211A (en) * | 2008-11-20 | 2010-06-03 | Hitachi Ltd | Spin photoelectric device |
JP2010126733A (en) * | 2008-11-25 | 2010-06-10 | National Institute For Materials Science | Co-BASED HEUSLER ALLOY, AND MAGNETIC ELEMENT USING THE SAME |
JP2011082388A (en) * | 2009-10-08 | 2011-04-21 | Saitama Univ | Spintronics device, and logical operation element |
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