グラフェンの中を流れる電子のスピンの向きを制御―高速・省エネのスピントランジスタの実現に向け前進：量子科学技術研究開発機構/物質・材料研究機構ほか
(2018年4月4日発表)
（国）量子科学技術研究開発機構、（国）物質・材料研究機構、筑波大学、慶応義塾大学の研究グループは4月4日、電子スピンの向きを制御する新技術を開発、グラフェン回路を用いた高速で省エネルギーのスピントランジスタの実現に向け大きく前進したと発表した。
スピントランジスタは、電子の電気的性質である電荷を使って信号処理する従来のトランジスタとは異なり、電子の磁気的性質であるスピンを活用したトランジスタ。これまでのエレクトロニクス製演算デバイスよりも高速でエネルギー消費の少ないデバイスの実現が期待されている。
スピントランジスタはこのスピントロニクス演算デバイスの開発のカギを握るもので、研究チームはスピンの向きを長距離に保持できる導線の材料としてグラフェンに着目し、グラフェン回路による実現を目指して研究開発を進めていた。
グラフェンは炭素原子が蜂の巣状のネットワーク構造を持つ厚さ1原子のシート状の物質で、高速に電子を輸送でき、輸送中に電子のスピンの乱れが生じにくいなどスピン情報の輸送に適した性質を持つ。
しかし、グラフェン回路でスピントランジスタを構成するには、グラフェンの中を流れる電子のスピンの向きを操作する技術の開発が課題とされていた。
研究チームは今回、電流が流れない磁性絶縁体によってスピンの向きを制御する技術の開発に成功した。具体的には、絶縁体の性質を持つ磁性体としてイットリウム鉄ガーネット（YIG）を用い、この薄膜を、グラフェンと原子レベルで接触するように貼り合せた。
量子ビームを用いてグラフェンの電子のスピンを観察したところ、グラフェンのスピンはYIGのスピンと相互作用しており、YIGのスピンの向きに応じてグラフェンのスピンの向きを自在に操作できることが明らかになった。
スピントランジスタの鍵となるスピン操作技術の今回の開発で、今後、グラフェンを用いた高速・省エネのスピントロニクス製トランジスタや演算デバイスの開発が期待されるとしている。
