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电子は电荷とスピンという2つの属性を持ちます。近年盛んに研究が行われている量子情报やスピントロニクスと呼ばれる分野では、电子がどれだけ远くまでスピンの情报を运べるか、すなわち『スピン伝搬距离』が、将来のデバイスへの応用という観点からも极めて重要な量になります。しかしこれまでの研究では、测定手法の违いや、スピン伝搬距离を决定する际の変数の数が多すぎることなどが问题で、スピン伝搬距离を正确に决定するという基本的なことがなされておらず、その値をめぐって激しい论争が続いていました。

强磁性体を用いて得られるスピン伝搬距离（L_S; 左図）と弱反局在におけるスピンの伝搬距離（L_SO; 右図）はほぼ同じであるが、約0.9（=√3/2）倍ほど異なることを初めて実験的に確かめた。
© Yasuhiro Niimi

东京大学物性研究所の大谷义近教授、加藤岳生准教授、新见康洋助教らは、强磁性体を使用する従来の方法とは异なり、调べたい物质の抵抗を精密に测定するという単纯な手法でスピンの伝搬距离を决定することに成功しました。伝导を担う金属中の电子は、低温の极限で仅かに局在することが知られています。この仅かな局在効果は、电子のもつスピンと轨道との相互作用の大きさに依存します。本研究では、その依存性に着目し、スピンの伝搬距离を様々な物质で测定しました。この手法を用いれば、必要な変数が少なく正确に値を决定できます。また、先行の理论研究で、局在効果下で得られるスピンの伝搬距离は、强磁性体を用いて得られるスピン伝搬距离と微妙に异なり、両者にはある関係式が成り立つことが示唆されていました。今回の研究でその関係式が初めて実験的に明らかになり、従来の强磁性体を用いて得られていたスピン伝搬距离の値を説明できるようになりました。この结果は、スピン伝搬距离の决定方法に新たな指针を与えるとともに、スピン伝搬距离についての根本的な理解を深める重要な成果です。さらに今后の量子情报やスピントロニクスの分野において、大きな役割を果たすと考えられます。

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论文情报

Yasuhiro Niimi, Dahai Wei, Hiroshi Idzuchi, Taro Wakamura, Takeo Kato, and YoshiChika Otani,
“Experimental Verification of Comparability between Spin-Orbit and Spin-Diffusion Lengths”,
Physical Review Letters 110, 016604 (2013). Online Edition: 2013/1/3 (Japan time), doi: 10.1103/PhysRevLett.110.016805.

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