(57)【要約】【課題】静止状態の電子スピンに対し電子スピン共鳴を生じさせること、または、任意の面方向の半導体層を用いること。【解決手段】半導体からなり、電子が走行可能な一次元細線１８と、前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向に交差する方向に直流磁場を印加する磁場生成部３８と、前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向および前記直流磁場の方向と交差する方向に交流電界を印加することにより、ｇ因子の前記一次元細線の延伸方向または／および前記交流電界の印加方向の成分を前記交流電界の周波数で変調させる電極２６と、を具備する電子スピン共鳴生成装置および電子スピン共鳴生成方法。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体からなり、電子が走行可能な一次元細線と、
前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向に交差する方向に直流磁場を印加する磁場生成部と、
前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向および前記直流磁場の方向と交差する方向に交流電界を印加することにより、ｇ因子の前記一次元細線の延伸方向または／および前記交流電界の印加方向の成分を前記交流電界の周波数で変調させる電極と、
を具備することを特徴とする電子スピン共鳴生成装置。
【請求項２】
前記電極は、前記一次元細線に前記交流電界を印加することにより、スピン軌道相互作用に起因し前記ｇ因子の前記成分を変調させることを特徴とする請求項１記載の電子スピン共鳴生成装置。
【請求項３】
前記電極は、前記一次元細線に前記交流電界を印加することにより、磁場ベクトルが前記直流磁場の方向に対し対称になるように前記ｇ因子を変調させることを特徴とする請求項１または２記載の電子スピン共鳴生成装置。
【請求項４】
前記一次元細線の延伸方向と前記交流電界の方向とは直交していることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項記載の電子スピン共鳴生成装置。
【請求項５】
前記直流磁場の方向は、前記一次元細線の延伸方向から前記交流電界の方向に４５°の方向であることを特徴とする請求項４記載の電子スピン共鳴生成装置。
【請求項６】
前記一次元細線は、閃亜鉛鉱型結晶構造を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項記載の電子スピン共鳴生成装置。
【請求項７】
前記スピン軌道相互作用はラシュバスピン軌道相互作用であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項記載の電子スピン共鳴生成装置。
【請求項８】
半導体からなり、電子が走行可能な一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向に交差する方向の直流磁場を印加するステップと、
前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向および前記直流磁場の方向と交差する方向に交流電界を印加することにより、ｇ因子の前記一次元細線の延伸方向および前記交流電界の印加方向の成分を前記交流電界の周波数で変調させるステップと、
を含むことを特徴とする電子スピン共鳴生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子スピン共鳴生成装置および電子スピン共鳴の生成方法に関し、特に、スピン軌道相互作用を用いた電子スピン共鳴生成装置および電子スピン共鳴の生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子スピン共鳴は、様々な分野への応用が期待されている。例えば、スピンの有する量子力学的な２準位系を用いることにより量子計算機が実現できる。量子計算機の実現のためには、例えば電子のアップスピン状態とダウンスピン状態との量子力学的な２準位間でのコヒーレントな制御（ラビ振動）を行なうことが求められる。これにより、アップスピン状態とダウンスピン状態とに加え、２つの状態の重ね合わせ状態を制御することができれば、任意の量子計算が可能となる。アップスピン状態とダウンスピン状態との間のコヒーレントな制御を行なうため電子スピン共鳴を用いることが知られている。電子スピン共鳴を用いるためには、電子のスピンを分離させるための直流磁場と、スピン分離した２準位間に相当する周波数の交流磁場を印加することになる。
【０００３】
特許文献１には、スピン軌道相互作用に起因する有効磁場を用いることにより、交流磁場を用いず電子スピン共鳴を生成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−７１２５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の方法によれば、走行している電子にスピン軌道相互作用に起因する有効磁場が作用するため、静止状態の電子を電子スピン共鳴させることはできない。また、有効磁場を用い電子スピン共鳴を生成するためには、電子が走行する半導体層の面方位が限られてしまう。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、静止状態の電子スピンに対し電子スピン共鳴を生じさせること、または、任意の面方向の半導体層を用いることができることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、半導体からなり、電子が走行可能な一次元細線と、前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向に交差する方向に直流磁場を印加する磁場生成部と、前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向および前記直流磁場の方向と交差する方向に交流電界を印加することにより、ｇ因子の前記一次元細線の延伸方向または／および前記交流電界の印加方向の成分を前記交流電界の周波数で変調させる電極と、を具備することを特徴とする電子スピン共鳴生成装置である。本発明によれば、静止状態の電子スピンに対し電子スピン共鳴を生じさせること、または、任意の面方向の半導体層を用いることができる。
【０００８】
上記構成において、前記電極は、前記一次元細線に前記交流電界を印加することにより、スピン軌道相互作用に起因し前記ｇ因子の前記成分を変調させる構成とすることができる。
【０００９】
上記構成において、前記電極は、前記一次元細線に前記交流電界を印加することにより、磁場ベクトルが前記直流磁場の方向に対し対称になるように前記ｇ因子を変調させる構成とすることができる。
【００１０】
上記構成において、前記一次元細線の延伸方向と前記交流電界の方向とは直交している構成とすることができる。
【００１１】
上記構成において、前記直流磁場の方向は、前記一次元細線の延伸方向から前記交流電界の方向に４５°の方向である構成とすることができる。
【００１２】
上記構成において、前記一次元細線は、閃亜鉛鉱型結晶構造を有する構成とすることができる。
【００１３】
上記構成において、前記スピン軌道相互作用はラシュバスピン軌道相互作用である構成とすることができる。
【００１４】
本発明は、半導体からなり、電子が走行可能な一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向に交差する方向の直流磁場を印加するステップと、前記一次元細線に、前記一次元細線の延伸方向および前記直流磁場の方向と交差する方向に交流電界を印加することにより、ｇ因子の前記一次元細線の延伸方向および前記交流電界の印加方向の成分を前記交流電界の周波数で変調させるステップと、を含むことを特徴とする電子スピン共鳴生成方法である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、静止状態の電子スピンに対し電子スピン共鳴を生じさせること、または、任意の面方向の半導体層を用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１（ａ）は、電子に直流磁場を印加した図、図１（ｂ）は、電子の準位を示す図である。
【図２】図２（ａ）は、電子に直流磁場と交流磁場を印加した図、図２（ｂ）は、電子の準位を示す図である。
【図３】図３（ａ）から図３（ｃ）は、ラビ振動が生じる原理を説明する模式図である。
【図４】図４（ａ）から図４（ｃ）は、磁場ベクトルの変調方法を説明する図である。
【図５】図５は一次元細線を用い、電子スピン共鳴を生じさせる方法を説明する図である。
【図６】図６は、数式５から７から計算されるαに対するｇ因子を示した図である。
【図７】図７（ａ）は、実施例１に係る電子スピン共鳴生成装置の上面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ断面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。
【図８】図８は、実施例１に係る電子スピン共鳴生成装置の平面模式図である。
【図９】図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１における電子スピン共鳴の生成を説明する図である。
【図１０】図１０は、実施例１に係る電子スピン共鳴装置の半導体積層構造の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
まず、図１（ａ）から図２（ｂ）を用い公知の電子スピン共鳴について説明する。図１（ａ）は、電子に直流磁場を印加した図、図１（ｂ）は、電子の準位を示す図である。図１（ａ）のように、電子４２に直流磁場（静磁場）を印加する。図１（ｂ）のように、直流磁場を印加しない状態では、アップスピンとダウンスピンの準位は分離せず１つの準位Ｅ０である。直流磁場Ｂ０を印加すると、準位Ｅ０は、アップスピン準位Ｅ１とダウンスピン準位Ｅ２とにスピン分離する。この例では、アップスピン準位Ｅ１はダウンスピン準位Ｅ２より低い。アップスピンとダウンスピンとのスピン分離エネルギーはΔＥである。スピン分離エネルギーΔＥは、以下の式で表される。
ΔＥ＝ｇμＢＢ０＝ｈΩ          
ここで、ｇはｇ因子、μＢは透磁率、Ｂ０は直流磁場、ｈはプランク定数、Ωは電子の歳差運動の角周波数である。電子は熱分布に従い、アップスピン状態とダウンスピン状態に分布するため、アップスピン状態の電子が多くなる。
【００１８】
図２（ａ）は、電子に直流磁場と交流磁場を印加した図、図２（ｂ）は、電子の準位を示す図である。図２（ａ）のように、電子４２に直流磁場Ｂ０に加え、交流磁場Ｂ１を印加する。交流磁場Ｂ１の方向は直流磁場Ｂ０に交差する方向とする。例えば、直流磁場Ｂ０と交流磁場Ｂ１との方向は直交している。図２（ｂ）のように、直流磁場Ｂ０を印加しない状態では、アップスピンとダウンスピンの準位は分離していない。直流磁場Ｂ０を印加すると、アップスピンとダウンスピンの状態にスピン分離する。交流磁場Ｂ１の角周波数ωをスピン分離エネルギーΔＥに相当する角周波数ωとすると、アップスピン準位Ｅ１とダウンスピン準位Ｅ２との間でスピン共鳴が生じる。これにより、図２（ｂ）の破線矢印のように、アップスピン状態とダウンスピン状態が交互に生じるラビ振動が生じる。
【００１９】
図３（ａ）から図３（ｃ）を用い公知のラビ振動の生成原理について説明する。図３（ａ）から図３（ｃ）は、ラビ振動が生じる原理を説明する模式図である。図３（ａ）のように、直流磁場Ｂ０を軸として電子スピンと同じ角周波数Ωで回転する回転座標系を考える。スピン緩和を無視すると、この回転座標系では電子スピンは回転していない。言い換えれば、この回転座標系は、直流磁場Ｂ０を打ち消すような座標系である。図３（ｂ）のように直流磁場Ｂ０に直交する交流磁場Ｂ１は、右回りと左回りの２つの回転する磁場の重ね合わせである。交流磁場Ｂ１の角周波数ωが電子の歳差運動の角周波数、つまり回転座標系の角周波数Ωと同じ場合、左回りの回転する磁場は、回転座標系では角周波数２Ωで回転している。この場合、左回りの回転する磁場の時間平均をとると無視できる。右回りの回転する磁場は、電子スピンの角周波数と同じ方向に回転しているため、回転座標系では、右回りの回転する磁場は静止している。このため、電子スピンが感じる磁場はこの右回転の磁場成分のみとなる。そこで、図３（ｃ）のように、電子スピンは、回転座標系での静止磁場（右回りの磁場）方向を軸として歳差運動が起こる。これにより、アップスピン状態とダウンスピン状態が交互に振動する。このように、電子スピン共鳴は、交流磁場Ｂ１の角周波数ωが電子の歳差運動の角周波数Ωと一致したときに生じる。
【００２０】
次に、図４（ａ）から図６を用い、以下の実施例の原理となる点について説明する。すなわち、ｇ因子を変調することにより、電子スピン共鳴を生成できることを説明する。図４（ａ）から図４（ｃ）は、磁場ベクトルの変調方法を説明する図である。図４（ａ）のように、Ｘ方向からＺ方向へ４５°の方向に直流磁場Ｂ０を印加する場合を考える。このとき、電子の歳差運動の角周波数Ωは、数式１のように表される。ｇ因子は、Ｘ成分ｇｘｘおよびＺ成分ｇｚｚを有する。電子の感じる磁場ベクトルＢは、ｇ因子の各成分により表される。ここで、角周波数Ωおよび磁場Ｂはベクトルである。
【数１】
2013036772.tif 000003
【００２１】
ｇｘｘまたは／およびｇｚｚを変調することができれば、図４（ｂ）のように、電子が感じる磁場ベクトルＢの方向が直流磁場Ｂ０の方向を中心にＸ方向とＺ方向とに交互に振動する。これは、図４（ｃ）のように、直流磁場Ｂ０に、交流磁場Ｂ１を印加することと等価である。よって、電子スピン共鳴を生じさせることができる。
【００２２】
図５は、一次元細線を用い、電子スピン共鳴を生じさせる方法を説明する図である。図５のように、Ｘ方向に延伸する一次元細線１８を形成する。一次元細線１８は、半導体からなりＸ方向に電子が走行可能である。電子は、Ｙ方向およびＺ方向には走行できない。半導体層１１として障壁層１２、井戸層１４および障壁層１６を積層し、量子井戸構造を形成する。半導体層１１をエッチングすることにより、図５のようなＸ方向に延伸する一次元細線１８を形成する。このように、量子井戸構造により二次元構造を形成し、半導体層１１を物理的に加工することにより一次元構造を形成する。障壁層１２および１６並びに井戸層１４は、スピン軌道相互作用の大きな半導体を用い形成することが好ましい。例えば、障壁層１２および１６はＩｎＡｌＡｓ、井戸層１４はＩｎＧａＡｓを用いることができる。一次元細線１８として振舞うには、一次元細線１８のＺ方向、Ｙ方向の幅は、フェルミ波長程度以下の幅である。例えば、一次元細線１８のＺ方向、Ｙ方向の幅は、電子の波動関数の広がり程度以下の幅である。例えば、Ｚ方向、Ｙ方向の幅は、５０ｎｍ〜１００ｎｍ以下の幅とすることが好ましい。さらに２０ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２３】
スピン軌道相互作用について説明する。Ｘ方向に走行する電子にＺ方向に電界が印加される場合について考える。この場合、電子にはＹ方向に有効磁場Ｂαが印加される。このように半導体におけるスピン軌道相互作用は電子に対し有効磁場として作用する。例えば、閃亜鉛鉱型結晶構造を有する化合物半導体にはラシュバスピン軌道相互作用とドレッセルハウススピン軌道相互作用との２種類が存在しているドレッセルハウススピン軌道相互作用の強さβは、電子が走行する方向によって定まり、電界によらず一定である。ラシュバスピン軌道相互作用の強さαは、電界により可変である。
【００２４】
電子が一次元細線構造の閉じ込め効果によりＸ方向にのみ走行可能なため、ラシュバスピン軌道相互作用に起因する有効磁場は、Ｙ方向に生じる。Ｙ方向に生じた有効磁場と外部磁場との相互作用によりｇ因子が変調を受ける。
【００２５】
Ｘ方向に延伸する一次元細線１８に対し、外部磁場が、Ｘ方向、Ｙ方向およびＺ方向に印加された場合のそれぞれのｇ因子ｇｘｘ、ｇｙｙおよびｇｚｚは、それぞれ数式２から４となる。
【数２】
2013036772.tif 000004
【数３】
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【数４】
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ここで、ｇはスピン軌道相互作用のない場合のｇ因子、αはラシュバスピン軌道相互作用の強さ、ｋｘは一次元細線方向の電子の波数、μＢはボーア磁子、Ｂｘ、ＢｙおよびＢｚはそれぞれ印加された磁場の大きさの各方向成分、＜ｙ＞はｙ方向の電子の波動関数の広がり、Ｚｍは電子のｚ方向の閉じ込め幅、ｅは素電荷、ｈはプランク定数である。
【００２６】
スピン軌道相互作用による内部有効磁場によってスピン分離するエネルギーΔＥαはΔＥα＝２αｋｘである。このように波数に依存する。しかし、ｇ因子は磁場の変化によって生み出されるスピン分離エネルギーである。したがって磁場Ｂのみの関数となるはずである。よって、ｋｘ＝０とする。これにより、数式２から４は、以下の数式５から７と表される。
【数５】
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【数６】
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【数７】
2013036772.tif 000009
【００２７】
図６は、数式５から７から計算されるαに対するｇ因子を示した図である。図６においては、磁場が０Ｔ、ｋｘ＝０ｍ−１、ｇ＝４、＜ｙ＞＝１０ｎｍ、Ｚｍ＝１０ｎｍとしている。図６のように、ｇｘｘは、ラシュバスピン軌道相互作用の強さαに対し一定である。ｇｚｚおよびｇｙｙは、αが１×１０−１２ｅＶｍまでは、ほぼ一定である。しかし、１×１０−１２ｅＶｍを越えると、ｇｚｚは大きくなり、ｇｙｙは小さくなる。このように、ラシュバスピン軌道相互作用の強さαに対し、ｇｚｚおよびｇｙｙが変化する。ラシュバスピン軌道相互作用の強さαは、電界の大きさが大きくなると大きくなる。よって、電界を変化させることにより、ｇｚｚおよびｇｙｙを変化させることができる。
【実施例１】
【００２８】
以下に、このような電子スピン共鳴を簡単に発生することができる実施例について説明する。図７（ａ）は、実施例１に係る電子スピン共鳴生成装置の上面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＸ−Ｘ断面図、図７（ｃ）は、図７（ａ）のＹ−Ｙ断面図である。図７（ａ）から図７（ｃ）のように、（００１）面半導体基板１０上に、半導体層１１として障壁層１２、井戸層１４および障壁層１６が順に形成されている。半導体層１１には、基板１０まで達する溝３０が形成されている。井戸層１４のバンドギャップを障壁層１２および１６より小さくすることにより、電子を井戸層１４付近に閉じ込めることができる。これにより、井戸層１４内には二次元チャネルが形成される。
【００２９】
溝３０は、一次元細線１８が形成されるように、半導体層１１の両側面から形成されている。このように、井戸層１４により二次元チャネルを形成し、溝３０によりくびれからなる一次元細線１８を形成する。障壁層１６上には絶縁膜２４が形成されている。絶縁膜２４上には、金属からなる電極２６が形成されている。電極２６は、一次元細線１８に電界を印加する。溝３０により一次元細線１８から分離された半導体層１１の領域３４には、サイド電極３２が接触している。サイド電極３２により、領域３４の半導体層１１にサイド電圧を印加することができる。さらに、一次元細線１８に直流磁場Ｂ０を印加する磁場生成部３８が設けられている。磁場生成部３８としては、磁化した強磁性体を用いることができる。また、電流により外部磁場を生成するものでもよい。
【００３０】
図８は、実施例１に係る電子スピン共鳴生成装置の平面模式図である。図８には、半導体層１１およびサイド電極３２が図示されている。図８の左から右方向を＋Ｘ方向、の上から下方向を＋Ｙ方向、手前から奥行き方向を＋Ｚ方向とする。サイド電極３２は、図７（ａ）の領域３４と一体に図示している。サイド電極３２には、グランドに対しサイド電圧ＶＳＧが印加されている。負のサイド電圧ＶＳＧを印加することにより、溝３０付近の半導体層１１に空乏層３６が形成される。空乏層３６間に一次元細線１８が形成される。サイド電圧ＶＳＧの大きさにより、一次元細線１８の幅を調整することができる。一次元細線１８として振舞うには、一次元視線１８の幅は、前述のように、フェルミ波長程度以下の幅であり、数１０ｎｍ以下であることが好ましい。例えば、図６の計算は１０ｎｍを用いている。
【００３１】
図９（ａ）から図９（ｃ）は、実施例１における電子スピン共鳴の生成を説明する図である。図９（ａ）は、一次元細線１８の上面模式図である。図９（ｂ）は、一次元細線１８の側面模式図である。図９（ａ）および図９（ｂ）のように、電極２６にグランドに対し正負の交流電圧を印加する。これにより、一次元細線１８に＋Ｚ方向と−Ｚ方向に方向が入れ替わる交流電界Ｅが印加される。図９（ｂ）のように、磁場生成部３８を用い、一次元細線１８に、＋Ｘ方向と＋Ｚ方向との中間の方向に直流磁場Ｂ０を印加する。
【００３２】
図９（ｃ）を参照し、交流電界Ｅの強さおよび方向に応じラシュバスピン軌道相互作用の大きさαおよび方向が変化する。これにより、一次元細線１８内の電子４２が感じるｇｚｚは、図６のように変化する。よって、電子４２の感じる磁場ベクトルＢは、図９（ｃ）の破線矢印のように変調する。これにより、図４（ｃ）と同様に、電子４２は、等価的に直流磁場Ｂ０と交流磁場Ｂ１を感じる。電子４２が感じる交流磁場Ｂ１の角周波数ωを直流磁場Ｂ０によるスピン分離エネルギーΔＥに相当する角周波数ωとなるように、交流電界Ｅの周波数を設定する。これにより、電子スピン共鳴が生じる。
【００３３】
図９（ａ）においては、交流電界Ｅの方向を＋Ｚ方向および−Ｚ方向、直流磁場Ｂ０の方向をＸ方向からＺ方向に４５°としたが、各方向はこの方向に限られない。磁場生成部３８は、一次元細線１８の延伸方向に交差する方向に直流磁場Ｂ０を印加してもよい。電極２６は、一次元細線１８の延伸方向および直流磁場Ｂ０の方向と交差する方向に交流電界Ｅを印加してもよい。これにより、ｇ因子の一次元細線１８の延伸方向または／および交流電界Ｅの印加方向の成分を交流電界Ｅの周波数で変調させる。これにより、交流磁場を用いずに電子スピン共鳴を生じさせることができる。また、電子は走行していなくとも電子スピン共鳴を生じさせることができる。さらに、一次元細線１８の方位によらず電子スピン共鳴を生じさせることができる。
【００３４】
また、電極２６は、一次元細線１８に交流電界Ｅを印加することにより、スピン軌道相互作用に起因しｇ因子の成分を変調させる。このように、スピン軌道相互作用を用いｇ因子を変調させることができる。スピン軌道相互作用としては、例えばラシュバスピン軌道相互作用を用いることができる。
【００３５】
さらに、電極２６は、一次元細線１８に交流電界Ｅを印加することにより、磁場ベクトルΩが直流磁場Ｂ０の方向に対し対称になるようにｇ因子を変調させる。これにより、効率よく電子スピン共鳴を生じさせることができる。
【００３６】
さらに、一次元細線１８の延伸方向と交流電界Ｅの方向とは直交していることが好ましい。これらの方向が直交することにより、効率よく電子スピン共鳴を生じさせることができる。
【００３７】
また、直流磁場Ｂ０の方向は、一次元細線１８の延伸方向から交流電界Ｅの方向に４５°の方向であることが好ましい。これにより、効率よく電子スピン共鳴を生じさせることができる。
【００３８】
図１０は、実施例１に係る電子スピン共鳴装置の半導体積層構造の例を示す図である。基板１０から順に、バッファ層５０、障壁層１２、第１半導体層５２、第２半導体層５４、第３半導体層５６および障壁層１６が積層されている。第１半導体層５２から第３半導体層５６が井戸層１４に対応する。基板１０は半絶縁性ＩｎＰ基板であり、（００１）面を主面としている。バッファ層５０は、膜厚が２００ｎｍでアンドープのＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ層と、電子濃度が４×１０１８ｃｍ−３で膜厚が６ｎｍのＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ層である。障壁層１２は、膜厚が１５ｎｍでアンドープのＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ層である。第１半導体層５２は膜厚が５ｎｍでアンドープの（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）０．４１（ＩｎＰ）０．５９層である。第２半導体層５４は、膜厚が５ｎｍでアンドープのＩｎ０．８ＧａＧａ０．２Ａｓ層である。第３半導体層５６は、膜厚が３ｎｍでアンドープの（Ｉｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ）０．３（Ｉｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓ）０．７層である。障壁層１６は、膜厚が２５ｎｍでアンドープのＩｎ０．５２Ａｌ０．４８Ａｓ層である。Ｉｎ０．５３Ａｌ０．４７ＡｓおよびＩｎ０．５３Ｇａ０．４７Ａｓは、ＩｎＰと格子整合するため、第２半導体層５４以外はＩｎＰと格子整合し、図４の半導体積層構造は、格子歪の少ない構造となる。
【００３９】
絶縁膜２４は、例えば、原子層堆積装置を用い形成された、膜厚が１５０ｎｍの酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を用いることができる。電極２６は、絶縁膜２４側から膜厚が１０ｎｍのＣｒ膜、膜厚が２００ｎｍのＡｕ膜とすることができる。サイド電極３２は、障壁層１６の上に形成された膜厚が２００ｎｍのＡｕＧｅＮｉ膜を用いることができる。溝３０は、幅が例えば約４００ｎｍである。溝３０間は、例えば約４００ｎｍとすることができる。
【００４０】
実施例１のように、ラシュバスピン軌道相互作用を用いる場合、一次元細線１８は、閃亜鉛鉱型結晶構造を有することが好ましい。特に、一次元細線１８は、III−Ｖ族化合物半導体であることが好ましい。例えば、一次元細線１８としてＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＡｌＡｓ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＡｌＰ、ＧａＳｂ、ＩｎＳｂ、ＡｌＳｂ、ＧａＮ、ＩｎＮおよびＡｌＮを用いることができる。また、これらの混晶を用いることができる。また、一次元細線１８として、II−IV族化合物半導体を用いることもできる。
【００４１】
実施例１では、ラシュバスピン軌道相互作用を用い、ドレッセルハウススピン軌道相互を用いないため、一次元細線１８の面方位は、（００１）面に限られない。また、一次元細線１８の延伸方向も任意に設定することができる。
【００４２】
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１１        半導体層
１８        一次元細線
２６        電極
３８        磁場生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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