JP5237232B2

JP5237232B2 - Electron spin resonance generator and electron spin resonance generation method

Info

Publication number: JP5237232B2
Application number: JP2009220161A
Authority: JP
Inventors: 誠好田; 淳作新田
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2009-09-25
Filing date: 2009-09-25
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-09-25
Also published as: JP2011071255A

Description

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。 The present invention relates to an electron spin resonance generation apparatus and an electron spin resonance generation method, and more particularly to an electron spin resonance generation apparatus and an electron spin resonance generation method using spin-orbit interaction.

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静磁場と、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。 A quantum computer can be realized by using a quantum mechanical two-level system with spin. In order to realize a quantum computer, for example, it is required to perform coherent control (Rabi oscillation) between two quantum mechanical levels of an electron up-spin state and a down-spin state. As a result, in addition to the up-spin state and the down-spin state, any quantum calculation can be performed if the superposition state of the two states can be controlled. It is known to use electron spin resonance to perform coherent control between the upspin state and the downspin state. In order to use electron spin resonance, a static magnetic field for separating electron spins and an alternating magnetic field having a frequency corresponding to the spin-separated two levels are applied.

非特許文献１では、スピン軌道相互作用に起因する有効磁場を活用したスピン電界効果トランジスタが提案されている。 Non-Patent Document 1 proposes a spin field effect transistor utilizing an effective magnetic field due to spin-orbit interaction.

APPl. Phys. Lett. 56, 665 (1990)APPl. Phys. Lett. 56, 665 (1990)

しかしながら、電子等に静磁場と交流磁場を印加するには、超伝導マグネットやコイルを用いることになる。例えば量子計算機に用いられる電子スピンは、サブミクロン程度の局所に生成される。このため、局所的な電子に静磁場と交流磁場を印加し、ラビ振動を生じさせることが難しい。本発明は、外部磁場を用いることなく、電子スピン共鳴を生じさせることを目的とする。 However, to apply a static magnetic field and an alternating magnetic field to electrons or the like, a superconducting magnet or coil is used. For example, the electron spin used in a quantum computer is generated locally on the order of submicrons. For this reason, it is difficult to apply a static magnetic field and an alternating magnetic field to local electrons to cause Rabi oscillation. An object of the present invention is to generate electron spin resonance without using an external magnetic field.

本発明は、半導体からなり、電子の走行方向に対し交差する方向に第１のスピン軌道相互作用に起因した一定の第１有効磁場が生じるチャネルと、前記チャネル内に前記第１有効磁場に起因して生じた前記電子のスピン分離エネルギに対応する周波数の交流電界を生じさせることにより、前記チャネル内に前記電子の走行方向および前記第１有効磁場の方向に交差する方向に第２スピン軌道相互作用に起因した交流の第２有効磁場を発生させる電極と、を具備する電子スピン共鳴生成装置である。本発明によれば、外部磁場を用いることなく電子スピン共鳴を生じさせることができる。 The present invention includes a channel made of a semiconductor, in which a constant first effective magnetic field due to the first spin-orbit interaction is generated in a direction intersecting the electron traveling direction, and the first effective magnetic field in the channel. By generating an alternating electric field having a frequency corresponding to the spin separation energy of the generated electrons, a second spin orbital mutual in the direction crossing the traveling direction of the electrons and the direction of the first effective magnetic field in the channel. And an electrode that generates an alternating second effective magnetic field caused by the action. According to the present invention, electron spin resonance can be generated without using an external magnetic field.

上記構成において、前記第１有効磁場は電界の大きさおよび方向によらず一定の大きさおよび方向を有し、前記第２有効磁場は電界の大きさおよび方向により大きさおよび方向が変化する構成とすることができる。 In the above configuration, the first effective magnetic field has a constant magnitude and direction regardless of the size and direction of the electric field, the second effective magnetic field is changed in magnitude and direction by the magnitude and direction of the electric field configuration It can be.

上記構成において、前記第１有効磁場の方向は、前記電子の走行方向と直交し、前記第２有効磁場の方向は、前記電子の走行方向と前記第１有効磁場の方向との各々に直交する構成とすることができる。この構成によれば、効率よく電子スピン共鳴を生じさせることができる。 In the above configuration, the direction of the first effective magnetic field is orthogonal to the traveling direction of the electrons, and the direction of the second effective magnetic field is orthogonal to each of the traveling direction of the electrons and the direction of the first effective magnetic field. It can be configured. According to this configuration, electron spin resonance can be efficiently generated.

上記構成において、前記チャネルは、半導体閃亜鉛鉱型結晶構造を有し、（１１０）面上に形成され、前記チャネルにおける前記電子の走行方向は［１００］方向である構成とすることができる。 In the above configuration, the channel may have a semiconductor zinc blende type crystal structure, be formed on a (110) plane, and the traveling direction of the electrons in the channel may be a [100] direction.

上記構成において、スピン偏極した電子を前記チャネルに注入するインジェクタと、前記チャネルから受けた電子のスピン偏極方向を検出するアナライザと、を具備する構成とすることができる。この構成によれば、電子スピン状態を検出することができる。 In the above configuration, an injector for injecting spin-polarized electrons into the channel and an analyzer for detecting the spin-polarized direction of electrons received from the channel can be provided. According to this configuration, the electron spin state can be detected.

本発明は、半導体からなり電子が走行するチャネルで電子スピン共鳴の生成方法であって、前記電子の走行方向に対し交差する方向に第１のスピン軌道相互作用に起因した一定の第１有効磁場を生じさせるステップと、前記チャネル内に前記第１有効磁場に起因して生じた前記電子のスピン分離エネルギに対応する周波数の交流電界を生じさせることにより、前記チャネル内に前記電子の走行方向および前記第１有効磁場の方向に交差する方向に第２スピン軌道相互作用に起因した交流の第２有効磁場を発生させるステップと、を含む電子スピン共鳴の生成方法である。本発明によれば、外部磁場を用いることなく電子スピン共鳴を生じさせることができる。 The present invention relates to a method for generating electron spin resonance in a channel made of a semiconductor and traveling with electrons, and a constant first effective magnetic field caused by a first spin-orbit interaction in a direction intersecting the traveling direction of the electrons. Generating an AC electric field having a frequency corresponding to the spin separation energy of the electrons generated due to the first effective magnetic field in the channel, and the traveling direction of the electrons in the channel and Generating an alternating second effective magnetic field caused by a second spin orbit interaction in a direction crossing the direction of the first effective magnetic field. According to the present invention, electron spin resonance can be generated without using an external magnetic field.

本発明によれば、外部磁場を用いることなく電子スピン共鳴を生じさせることができる。 According to the present invention, electron spin resonance can be generated without using an external magnetic field.

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。FIG. 1A is a diagram in which a DC magnetic field is applied to electrons, and FIG. 1B is a diagram illustrating electron levels. 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。2A is a diagram in which a DC magnetic field and an AC magnetic field are applied to electrons, and FIG. 2B is a diagram illustrating electron levels. 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。FIG. 3A to FIG. 3C are schematic diagrams for explaining the principle that Rabi vibration occurs. 図４は、実施例１に係る電子スピン共鳴生成装置の上面図である。FIG. 4 is a top view of the electron spin resonance generating apparatus according to the first embodiment. 図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は図4のＢ−Ｂ断面図である5A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. 図６は、チャネル内を走行する電子が受ける有効磁場を示した模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an effective magnetic field received by electrons traveling in the channel. 図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１の動作を示す図である。FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams illustrating the operation of the first embodiment. 図８（ａ）および図８（ｂ）はスピン分離した電子の準位を示した図である。FIG. 8A and FIG. 8B are diagrams illustrating the levels of spin-separated electrons. 図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例２の動作を示す図である。FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams illustrating the operation of the second embodiment. 図１０（ａ）および図１０（ｂ）はスピン分離した電子の準位を示した図である。FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the levels of spin-separated electrons. 図１１は、周波数を変化させたときのソースとドレインとの間の電流を示す図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a current between the source and the drain when the frequency is changed. 図１２は、実施例３に係る半導体積層構造を示す図である。FIG. 12 is a diagram illustrating the semiconductor multilayer structure according to the third embodiment. 図１３は、実施例３に係る半導体積層構造のバンドエネルギ（Ｅ−Ｅ_Ｆ）および規格化した電子の波動関数の規格化した大きさ｜Ψ｜を距離に対しシミュレーションした結果を示した図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of the band energy (E−E _F ) of the semiconductor multilayer structure according to Example 3 and the normalized magnitude | Ψ | of the normalized electron wave function with respect to the distance. is there.

まず、電子スピン共鳴を用いたラビ振動について説明する。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５０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Ｂ_０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はΔＥである。スピン分離エネルギΔＥは、以下の式で表される。
ΔＥ＝ｇμ_ＢＢ_０＝ｈΩ_０
ここで、ｇはｇ係数、μ_Ｂは透磁率、Ｂ_０は静磁場、ｈはプランク定数、Ω_０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。 First, Rabi oscillation using electron spin resonance will be described. FIG. 1A is a diagram in which a DC magnetic field is applied to electrons, and FIG. 1B is a diagram illustrating electron levels. A DC magnetic field (static magnetic field) is applied to the electrons 50 as shown in FIG. As shown in FIG. 1B, when no DC magnetic field is applied, the levels of up spin and down spin are not separated and are one level E0. When the DC magnetic field B ₀ is applied, the level E 0 is spin-separated into an up spin level E 1 and a down spin level E 2. In this example, the up spin level E1 is lower than the down spin level E2. The spin separation energy between the up spin and the down spin is ΔE. The spin separation energy ΔE is expressed by the following equation.
ΔE = gμ _B B ₀ = hΩ ₀
Here, g is a g coefficient, μ _B is a magnetic permeability, B ₀ is a static magnetic field, h is a Planck constant, and Ω ₀ is an angular frequency of electron precession. Since electrons are distributed in an up-spin state and a down-spin state according to the heat distribution, the number of electrons in the up-spin state increases.

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５０に直流磁場Ｂ_０に加え、交流磁場Ｂ_１を印加する。交流磁場Ｂ_１の方向は直流磁場Ｂ_０に交差する方向とする。例えば、直流磁場Ｂ_０と交流磁場Ｂ_１との方向は直交している。図２（ｂ）のように、直流磁場Ｂ_０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Ｂ_０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Ｂ_１の角周波数ωをスピン分離エネルギ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。 2A is a diagram in which a DC magnetic field and an AC magnetic field are applied to electrons, and FIG. 2B is a diagram illustrating electron levels. As shown in FIG. 2A, an AC magnetic field B ₁ is applied to the electrons 50 in addition to the DC magnetic field B ₀ . Direction of the AC magnetic field B ₁ represents a direction crossing the DC magnetic field B _0. For example, the directions of the DC magnetic field B ₀ and the AC magnetic field B ₁ are orthogonal. As shown in FIG. 2B, the levels of the up spin and the down spin are not separated in a state where the DC magnetic field B ₀ is not applied. When the DC magnetic field B ₀ is applied, spin separation is performed in an up spin state and a down spin state. When the angular frequency ω of the alternating magnetic field B _{1 is} the angular frequency ω corresponding to the spin separation energy ΔE, spin resonance occurs between the up spin level E1 and the down spin level E2. As a result, Rabi oscillation is generated in which an up-spin state and a down-spin state are alternately generated, as indicated by broken-line arrows in FIG.

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Ｂ_０を軸として電子スピンと同じ角周波数Ω_０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Ｂ_０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Ｂ_０に直交する交流磁場Ｂ_１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Ｂ_１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_０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_０で回転している。この場合、時間平均とると無視できる。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、電子スピンは静止している。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Ｂ_１の角周波数ωが電子の歳差運動の角周波数Ω_０はと一致したときに生じる。 FIG. 3A to FIG. 3C are schematic diagrams for explaining the principle that Rabi vibration occurs. As shown in FIG. 3A, consider a rotating coordinate system that rotates at the same angular frequency Ω ₀ as the electron spin about the DC magnetic field B ₀ as an axis. Ignoring spin relaxation, the electron spin does not rotate in this rotating coordinate system. In other words, this rotating coordinate system is a coordinate system that cancels the DC magnetic field B _0. As shown in FIG. 3B, the AC magnetic field B ₁ orthogonal to the DC magnetic field B ₀ is a superposition of two rotating magnetic fields, clockwise and counterclockwise. When the angular frequency ω of the alternating magnetic field B _{1 is the same as} the angular frequency of the electron precession, that is, the angular frequency Ω ₀ of the rotating coordinate system, the counterclockwise rotating magnetic field rotates at the angular frequency 2Ω ₀ in the rotating coordinate system. ing. In this case, the time average can be ignored. Since the clockwise rotating magnetic field rotates in the same direction as the angular frequency of the electron spin, the electron spin is stationary in the rotating coordinate system. For this reason, the magnetic field felt by the electron spin is only this right-handed magnetic field component. Therefore, as shown in FIG. 3C, the electron spin precesses around the direction of the static magnetic field (clockwise magnetic field) in the rotating coordinate system. Thereby, the up spin state and the down spin state vibrate alternately. Thus, electron spin resonance occurs when the angular frequency ω of the alternating magnetic field B ₁ coincides with the angular frequency Ω ₀ of the electron precession.

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４は、実施例１に係る電子スピン共鳴生成装置１００の上面図である。例えば（１１０）面の半導体基板１０に、ソース２０、ドレイン２２およびゲート２４を有するトランジスタ３０が形成されている。ソース２０からドレイン２２に至るチャネル内の電子の走行方向はＸ方向（例えば［１００］方向）である。 In the following, an embodiment capable of easily generating such electron spin resonance will be described. FIG. 4 is a top view of the electron spin resonance generating apparatus 100 according to the first embodiment. For example, a transistor 30 having a source 20, a drain 22, and a gate 24 is formed on the (110) plane semiconductor substrate 10. The traveling direction of electrons in the channel from the source 20 to the drain 22 is the X direction (for example, the [100] direction).

図５（ａ）は、図４のＡ−Ａ断面図、図５（ｂ）は図４のＢ−Ｂ断面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）のように、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。井戸層１４に接するようにソース２０およびドレイン２２が形成されている。障壁層１６上には金属からなるゲート２４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、電子をチャネル１８付近に閉じ込めることができる。井戸層１４付近がチャネル１８として機能する。 5A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 4, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIGS. 5A and 5B, a barrier layer 12, a well layer 14, and a barrier layer 16 are sequentially formed as a semiconductor layer 11 on the substrate 10. A source 20 and a drain 22 are formed so as to be in contact with the well layer 14. A gate 24 made of metal is formed on the barrier layer 16. By making the band gap of the well layer 14 smaller than that of the barrier layers 12 and 16, electrons can be confined in the vicinity of the channel 18. The vicinity of the well layer 14 functions as a channel 18.

ソース２０は電子をチャネル１８に注入するインジェクタとして機能し、ドレイン２２はチャネルから電子を受けるアナライザとして機能する。ソース２０およびドレイン２２は非磁性体でもよいし、強磁性体を含んでもよい。ソース２０が非磁性体の場合、ソース２０がチャネル１８に注入する電子はスピン偏極していない。一方、ソース２０が強磁性体を含む場合、ソース２０はチャネル１８にスピン偏極した電子を注入することができる。この場合、ソース２０はスピンインジェクタとして機能する。ドレイン２２が非磁性体の場合、ドレイン２２はチャネル１８の電子のスピン偏極に関係なく電子を受ける。一方、ドレイン２２が強磁性体を含む場合、ドレイン２２はチャネル１８の電子のうち、ドレイン２２の磁化方向にスピン偏極した電子を受ける。ドレイン２２の磁化と反対方向にスピン偏極した電子は受けない。この場合、ドレイン２２はスピン偏極した電子を選別するスピンアナライザとして機能する。ドレイン２２がスピンアナライザとして機能することにより、電子スピン状態を検出することができる。 The source 20 functions as an injector that injects electrons into the channel 18, and the drain 22 functions as an analyzer that receives electrons from the channel. The source 20 and the drain 22 may be a non-magnetic material or may include a ferromagnetic material. When the source 20 is a nonmagnetic material, electrons injected into the channel 18 by the source 20 are not spin-polarized. On the other hand, when the source 20 includes a ferromagnetic material, the source 20 can inject electrons that are spin-polarized into the channel 18. In this case, the source 20 functions as a spin injector. When the drain 22 is nonmagnetic, the drain 22 receives electrons regardless of the spin polarization of electrons in the channel 18. On the other hand, when the drain 22 includes a ferromagnetic material, the drain 22 receives electrons of the channel 18 that are spin-polarized in the magnetization direction of the drain 22. Electrons spin-polarized in the direction opposite to the magnetization of the drain 22 are not received. In this case, the drain 22 functions as a spin analyzer that selects spin-polarized electrons. Since the drain 22 functions as a spin analyzer, the electron spin state can be detected.

基板１０としては、例えば（１１０）面を主面とするＩｎＰ基板を用いることができる。障壁層１２および１６としては、例えばＩｎ_ＸＡｌ_１−ＸＡｓ層を用いることができる。Ｉｎの組成比Ｘを０．５２とすることにより、障壁層１２および１６をＩｎＰに格子整合させることができる。井戸層１４としては、例えばＩｎ_ＸＧａ_１−ＸＡｓ層を用いることができる。Ｉｎの組成比Ｘを０．５３とすることにより、井戸層１４をＩｎＰに格子整合させることができる。 As the substrate 10, for example, an InP substrate having a (110) plane as a main surface can be used. As the barrier layers 12 and 16, for example, an In _X Al _1-X As layer can be used. By setting the In composition ratio X to 0.52, the barrier layers 12 and 16 can be lattice-matched to InP. As the well layer 14, for example, an In _X Ga _1-X As layer can be used. By setting the In composition ratio X to 0.53, the well layer 14 can be lattice-matched to InP.

実施例１の動作原理について説明する。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。有効磁場は、電子が走行することにより受ける磁場である。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。以下では、ラシュバスピン軌道相互作用の強さを表すパラメータをαとし、ドレッセルハウススピン軌道相互作用の強さを表すパラメータをβとする。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。 The operation principle of Example 1 will be described. Spin-orbit interaction in a semiconductor acts as an effective magnetic field for electrons. An effective magnetic field is a magnetic field received by electrons traveling. For example, there are two types of compound semiconductors having a zinc blende type crystal structure: a Rashbaspin orbital interaction and a dresser house spin orbital interaction. Hereinafter, a parameter representing the strength of the Rashbaspin orbital interaction is denoted by α, and a parameter representing the strength of the dresser house spin orbital interaction is denoted by β. The intensity β of the dresser house spin orbit interaction is determined by the direction in which the electrons travel and is constant regardless of the electric field. The strength α of the Rashbaspin orbit interaction is variable depending on the electric field.

図６は、チャネル内を走行する電子が受ける有効磁場を示した模式図である。電子５０は、ソース２０から注入され、ソース２０とドレイン２２との間に印加された電位差により、ソース２０からドレイン２２方向（つまりＸ方向、例えば［００１］方向）に走行する。ドレッセルハウススピン軌道相互に起因した第１有効磁場ＢβがＺ方向（例えば［１１０］方向）に生じる。第１有効磁場Ｂβの大きさは電界によらない。チャネル１８のＺ方向（例えば［１１０］方向）に設けられたゲート２４に電圧を印加するとＺ方向に勾配を有する電界が生じる。この電界によりラシュバスピン軌道相互作用に起因した第２有効磁場ＢαがＹ方向［０１０］方向に生じる。ゲート２４に印加するゲート電圧Ｖｇを変化させると第２有効磁場Ｂαの大きさを変えることができる。また、ゲート電圧Ｖｇの正負を反転させることにより、第２有効磁場Ｂαの方向を反転させることができる。よって、ゲート電圧Ｖｇに交流電圧を印加すると、交流電圧と同じ周波数の交流磁場が生じる。図３（ｃ）のように、第１有効磁場Ｂβの方向を軸に右回りと左回りの回転磁場を形成するためには、第２有効磁場Ｂαの正負の振れ幅は同じであることが好ましい。つまり、ゲート電圧Ｖｇの正負の振れ幅は同じであることが好ましい。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an effective magnetic field received by electrons traveling in the channel. The electrons 50 are injected from the source 20 and travel in the direction from the source 20 to the drain 22 (that is, the X direction, for example, the [001] direction) due to the potential difference applied between the source 20 and the drain 22. A first effective magnetic field Bβ caused by the dresser house spin orbits is generated in the Z direction (for example, the [110] direction). The magnitude of the first effective magnetic field Bβ does not depend on the electric field. When a voltage is applied to the gate 24 provided in the Z direction (for example, the [110] direction) of the channel 18, an electric field having a gradient in the Z direction is generated. Due to this electric field, a second effective magnetic field Bα caused by the Rashbaspin orbit interaction is generated in the Y direction [010] direction. When the gate voltage Vg applied to the gate 24 is changed, the magnitude of the second effective magnetic field Bα can be changed. Further, the direction of the second effective magnetic field Bα can be reversed by inverting the sign of the gate voltage Vg. Therefore, when an AC voltage is applied to the gate voltage Vg, an AC magnetic field having the same frequency as the AC voltage is generated. As shown in FIG. 3C, in order to form a clockwise and counterclockwise rotating magnetic field about the direction of the first effective magnetic field Bβ, the positive and negative amplitudes of the second effective magnetic field Bα must be the same. preferable. That is, it is preferable that the positive and negative amplitudes of the gate voltage Vg are the same.

図７（ａ）および図７（ｂ）は、実施例１の動作を示す図である。図８（ａ）および図８（ｂ）はスピン分離した電子の準位を示した図である。図７（ｂ）のように、ソース２０に対し直流のドレイン電圧Ｖｄをドレイン２２に印加する。これにより、ソース２０からチャネル１８に電子５０が注入される。電子５０はチャネル１８をＸ方向に走行する。走行する電子には、ドレッセルハウススピン軌道相互に起因した第１有効磁場ＢβがＺ方向に印加される。このため、図８（ａ）のように、電子の準位は有限の波数においてアップスピン準位Ｅ１とダウンスピン準位Ｅ２に分離する。この状態では、熱分布に従い、アップスピン状態の電子が多くなる。 FIG. 7A and FIG. 7B are diagrams illustrating the operation of the first embodiment. FIG. 8A and FIG. 8B are diagrams illustrating the levels of spin-separated electrons. A DC drain voltage Vd is applied to the drain 22 with respect to the source 20 as shown in FIG. As a result, electrons 50 are injected from the source 20 into the channel 18. The electrons 50 travel through the channel 18 in the X direction. A first effective magnetic field Bβ caused by the dresser house spin orbit is applied to the traveling electrons in the Z direction. Therefore, as shown in FIG. 8A, the electron level is separated into an up spin level E1 and a down spin level E2 at a finite wave number. In this state, the number of up-spin electrons increases according to the heat distribution.

図７（ｂ）のように、ゲート２４に交流電圧を印加する。このとき交流電圧の周波数をスピン分離エネルギΔＥに相当する周波数とする。チャネル１８を走行する電子５０には、ラシュバスピン軌道相互作用に起因した交流の第２有効磁場ＢαがＹ方向に生じる。図８（ｂ）の破線矢印のように、第２有効磁場Ｂαにより電子はスピン共鳴しアップスピン状態とダウンスピン状態とを交互に遷移するラビ振動が生じる。 An alternating voltage is applied to the gate 24 as shown in FIG. At this time, the frequency of the AC voltage is set to a frequency corresponding to the spin separation energy ΔE. The electron 50 traveling in the channel 18 generates an alternating second effective magnetic field Bα due to the Rashbaspin orbit interaction in the Y direction. As indicated by the broken line arrow in FIG. 8B, the second effective magnetic field Bα causes spin resonance of electrons, and Rabi oscillation that alternately changes between the up-spin state and the down-spin state occurs.

実施例１によれば、図７（ａ）のように、チャネル１８には、電子５０の走行方向に対し交差方向に、第１のスピン軌道相互作用に起因した一定の第１有効磁場Ｂβが生じる。ゲート２４（電極）は、チャネル１８内に交流電界を生じさせることにより、チャネル１８内に電子５０の走行方向および第１有効磁場の方向に交差する方向に第２スピン軌道相互作用に起因した交流の第２有効磁場Ｂαを発生させる。交流電界は、第１有効磁場Ｂβに起因する電子のスピン分離エネルギΔＥに対応する周波数を有する。これにより、図８（ｂ）のように、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を生じさせることができる。このように、外部磁場を用いず、スピン共鳴を生じさせることができる。外部磁場を用いないため、チャネル１８という局所的な空間でスピン共鳴を生じさせることができる。このスピン共鳴を用い、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）を行うことができる。 According to the first embodiment, as shown in FIG. 7A, the channel 18 has a constant first effective magnetic field Bβ caused by the first spin-orbit interaction in the direction crossing the traveling direction of the electrons 50. Arise. The gate 24 (electrode) generates an alternating electric field in the channel 18, thereby causing alternating current due to the second spin orbit interaction in the direction intersecting the traveling direction of the electrons 50 and the direction of the first effective magnetic field in the channel 18. The second effective magnetic field Bα is generated. The AC electric field has a frequency corresponding to the spin separation energy ΔE of electrons caused by the first effective magnetic field Bβ. Accordingly, as shown in FIG. 8B, spin resonance can be generated between the up spin level E1 and the down spin level E2. Thus, spin resonance can be generated without using an external magnetic field. Since no external magnetic field is used, spin resonance can be generated in a local space of the channel 18. Using this spin resonance, for example, coherent control (Rabi oscillation) between two quantum mechanical levels of an electron up-spin state and a down-spin state can be performed.

第１有効磁場Ｂβの方向と電子の走行方向とは、交差していればよいが、直交することが好ましい。また、第２有効磁場Ｂαの方向は、電子の走行方向と第１有効磁場Ｂβの方向との各々に交差していればよいが、各々直交することが好ましい。これらの方向が直交することにより、最も効率よく電子スピン共鳴を生じさせることができる。 The direction of the first effective magnetic field Bβ and the traveling direction of the electrons need only intersect, but are preferably orthogonal. Further, the direction of the second effective magnetic field Bα only needs to intersect each of the traveling direction of the electrons and the direction of the first effective magnetic field Bβ, but it is preferable that they are orthogonal to each other. When these directions are orthogonal, electron spin resonance can be generated most efficiently.

第１のスピン軌道相互作用としてドレッセルハウススピン軌道相互を例に説明した。第１のスピン軌道相互作用は、チャネル１８内の電界の大きさおよび方向によらず一定の大きさおよび方向を有する有効磁場を発生させるスピン軌道相互作用であればよい。第２のスピン軌道相互作用として電極は［１１０］方向に勾配を有する前記交流電界を生じさせるラシュバスピン軌道相互作用を例に説明した。第２のスピン軌道相互作用は、チャネル１８内の電界の大きさおよび方向により大きさおよび方向が変化する有効磁場を発生させるスピン軌道相互作用であればよい。 The first spin-orbit interaction has been described by taking the dresser house spin-orbit mutual as an example. The first spin orbit interaction may be a spin orbit interaction that generates an effective magnetic field having a constant magnitude and direction regardless of the magnitude and direction of the electric field in the channel 18. As the second spin-orbit interaction, the Rashbaspin orbit interaction in which the electrode generates the AC electric field having a gradient in the [110] direction has been described as an example. The second spin orbit interaction may be a spin orbit interaction that generates an effective magnetic field whose magnitude and direction change depending on the magnitude and direction of the electric field in the channel 18.

図９（ａ）および図９（ｂ）は、実施例２の動作を示す図である。図１０（ａ）および図１０（ｂ）はスピン分離した電子の準位を示した図である。図９（ａ）のように、ソース２０およびドレイン２２は強磁性体を含む。ソース２０およびドレイン２２の磁化方向は例えば同じ上方向とする。ドレインに電圧Ｖｄが印加されると、チャネル１８には、アップスピンの電子が注入される。図１０（ａ）のように、電子はほとんどアップスピン状態となる。ドレイン２２の磁化方向は上向きであるため、ソース２０とドレイン２２との間のコンダクタンスは低くなる。 FIG. 9A and FIG. 9B are diagrams illustrating the operation of the second embodiment. FIGS. 10A and 10B are diagrams showing the levels of spin-separated electrons. As shown in FIG. 9A, the source 20 and the drain 22 include a ferromagnetic material. The magnetization directions of the source 20 and the drain 22 are, for example, the same upward direction. When the voltage Vd is applied to the drain, up-spin electrons are injected into the channel 18. As shown in FIG. 10A, the electrons are almost in an upspin state. Since the magnetization direction of the drain 22 is upward, the conductance between the source 20 and the drain 22 is low.

図９（ｂ）および図１０（ｂ）のように、ゲート２４にスピン分離エネルギΔＥに相当する周波数の交流ゲート電圧Ｖｇを印加する。チャネル１８を走行する電子５０には、交流の第２有効磁場ＢαがＹ方向に生じる。第２有効磁場Ｂαにより電子はスピン共鳴しアップスピン状態とダウンスピン状態との間を遷移する。ゲート電圧Ｖｇの大きさを変えることにより、アップスピン状態とダウンスピン状態との電子の分布を制御することができる。ドレイン２２には、アップスピン状態の電子とダウンスピン状態の電子とが到達する。よって、ソース２０とドレイン２２との間のコンダクタンスは、アップスピン状態とダウンスピン状態との電子の分布により変化する。 As shown in FIGS. 9B and 10B, an AC gate voltage Vg having a frequency corresponding to the spin separation energy ΔE is applied to the gate 24. An alternating second effective magnetic field Bα is generated in the Y direction in the electrons 50 traveling in the channel 18. The electrons are spin-resonated by the second effective magnetic field Bα and transition between an up-spin state and a down-spin state. By changing the magnitude of the gate voltage Vg, the electron distribution in the upspin state and the downspin state can be controlled. Upspin electrons and downspin electrons reach the drain 22. Therefore, the conductance between the source 20 and the drain 22 varies depending on the electron distribution in the upspin state and the downspin state.

図１１は、交流ゲート電圧Ｖｇすなわち第２有効磁場Ｂαの周波数を変化させたときのソース２０とドレイン２２との間の電流を示す図である。交流ゲート電圧Ｖｇの角周波数ωがスピン分離エネルギΔＥに対応する角周波数Ω_０でない場合、図１０（ｂ）のようなスピン共鳴が生じない。よって、ソース２０から注入されたアップスピンの電子はそのままドレイン２２に至る。ソース２０とドレイン２２の磁化方向は同じであるため、コンダクタンスは小さい。よって、ソース−ドレイン間電流は大きい。一方、周波数ωが周波数Ω_０である場合、ソース２０から注入されたアップスピンの電子はラビ振動を生じ、図１０（ｂ）のように、アップスピン状態とダウンスピン状態の電子が混在する。よって、ソース−ドレイン間電流が小さくなる。 FIG. 11 is a diagram illustrating a current between the source 20 and the drain 22 when the AC gate voltage Vg, that is, the frequency of the second effective magnetic field Bα is changed. When the angular frequency ω of the AC gate voltage Vg is not the angular frequency Ω ₀ corresponding to the spin separation energy ΔE, spin resonance as shown in FIG. 10B does not occur. Therefore, up-spin electrons injected from the source 20 reach the drain 22 as they are. Since the magnetization directions of the source 20 and the drain 22 are the same, the conductance is small. Therefore, the source-drain current is large. On the other hand, when the frequency ω is the frequency Ω ₀ , the up-spin electrons injected from the source 20 cause Rabi oscillation, and the up-spin state and the down-spin state electrons are mixed as shown in FIG. Therefore, the source-drain current is reduced.

実施例２によれば、スピン偏極した電子をチャネル１８に注入するインジェクタ（例えばソース２０）と、チャネル１８から受けた電子のスピン偏極方向を検出するアナライザ（例えばドレイン２２）と、が設けられている。これにより、電子スピン状態を検出することができる。 According to the second embodiment, an injector (for example, the source 20) for injecting spin-polarized electrons into the channel 18 and an analyzer (for example, the drain 22) for detecting the spin-polarized direction of the electrons received from the channel 18 are provided. It has been. Thereby, the electron spin state can be detected.

実施例３は、実施例１および実施例２の障壁層１２および１６と井戸層１４の構造を変えた例である。図１２は、実施例３に係る半導体積層構造を示す図である。基板１０から順に、バッファ層３８、障壁層１２、第１半導体層３２、第２半導体層３４、第３半導体層３６および障壁層１６が積層されている。第１半導体層３２から第３半導体層３６が井戸層１４に対応する。基板１０は半絶縁性ＩｎＰ基板であり、（１１０）面を主面としている。バッファ層３８は、膜厚が２００ｎｍでアンドープのＩｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ層と、電子濃度が４×１０^１８ｃｍ^−３で膜厚が６ｎｍのＩｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ層である。障壁層１２は、膜厚が１５ｎｍでアンドープのＩｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ層である。第１半導体層３２は膜厚が５ｎｍでアンドープの（Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ）_０．４１（ＩｎＰ）_０．５９層である。第２半導体層３４は、膜厚が１０ｎｍでアンドープのＩｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層である。第３半導体層３６は、膜厚が３ｎｍでアンドープの（Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ）_０．３（Ｉｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ）_０．７層である。障壁層１６は、膜厚が２５ｎｍでアンドープのＩｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ層である。Ｉｎ_０．５２Ａｌ_０．４８Ａｓ層およびＩｎ_０．５３Ｇａ_０．４７Ａｓ層は、ＩｎＰと格子整合するため、実施例３の半導体積層構造は、格子歪の少ない構造となる。 The third embodiment is an example in which the structures of the barrier layers 12 and 16 and the well layer 14 of the first and second embodiments are changed. FIG. 12 is a diagram illustrating the semiconductor multilayer structure according to the third embodiment. In order from the substrate 10, the buffer layer 38, the barrier layer 12, the first semiconductor layer 32, the second semiconductor layer 34, the third semiconductor layer 36, and the barrier layer 16 are stacked. The first semiconductor layer 32 to the third semiconductor layer 36 correspond to the well layer 14. The substrate 10 is a semi-insulating InP substrate and has a (110) plane as a main surface. Buffer layer 38, a thickness of undoped _In 0.52 _{Al 0.48} As layer with 200 nm, electron concentration 4 × ¹⁰ 18 ^{cm -3} in the film thickness of _In 0.52 _{Al 0.48} As layer of 6nm It is. The barrier layer 12 is an undoped In _0.52 Al _0.48 As layer having a thickness of 15 nm. The first semiconductor layer 32 is an undoped (In _0.53 Ga _0.47 As) _0.41 (InP) _0.59 layer having a thickness of 5 nm. The second semiconductor layer 34 is an undoped In _0.53 Ga _0.47 As layer having a thickness of 10 nm. The third semiconductor layer 36 is an undoped (In _0.52 Al _0.48 As) _0.3 (In _0.53 Ga _0.47 As) _0.7 layer having a thickness of 3 nm. The barrier layer 16 is an undoped In _0.52 Al _0.48 As layer having a thickness of 25 nm. Since the In _0.52 Al _0.48 As layer and the In _0.53 Ga _0.47 As layer lattice match with InP, the semiconductor stacked structure of Example 3 has a structure with less lattice strain.

図１３は、実施例３に係る半導体積層構造のバンドエネルギ（Ｅ−Ｅ_Ｆ）および規格化した電子の波動関数の規格化した大きさ｜Ψ｜を距離に対しシミュレーションした結果を示した図である。なおＥ_Ｆはフェルミエネルギである。Ｅｃは伝導帯の底のエネルギ、Ｅｖｈはヘビーホールの価電子帯のトップのエネルギ、Ｅｖｓはスピンスプリットした価電子帯のトップのエネルギを示している。電子の波動関数が第１半導体層３２と第２半導体層３４との界面Ｉ１付近にピークを有している。ラシュバスピン軌道相互作用に起因した有効磁場は、価電子帯の電界変化の大きいところ大きくなる。よって、図１２の第２半導体層３４の電界が大きく変化する領域Ｆ１および第１半導体層３２と第２半導体層３４との界面Ｉ１において、ラシュバスピン軌道相互作用に起因した有効磁場が大きくなる。電子に有効磁場を働かせるためには、有効磁場の大きい領域における電子密度を大きくすることが好ましい。 FIG. 13 is a diagram illustrating a simulation result of the band energy (E−E _F ) of the semiconductor multilayer structure according to Example 3 and the normalized magnitude | Ψ | of the normalized electron wave function with respect to the distance. is there. It should be noted that _{E F} is the Fermi energy. Ec is the energy at the bottom of the conduction band, Evh is the energy at the top of the heavy hole valence band, and Evs is the energy at the top of the spin split valence band. The wave function of electrons has a peak in the vicinity of the interface I1 between the first semiconductor layer 32 and the second semiconductor layer. The effective magnetic field due to the Rashbaspin orbital interaction becomes large where the electric field change in the valence band is large. Accordingly, the effective magnetic field due to the Rashbaspin orbit interaction is increased in the region F1 where the electric field of the second semiconductor layer 34 in FIG. 12 changes greatly and the interface I1 between the first semiconductor layer 32 and the second semiconductor layer 34. In order to apply an effective magnetic field to electrons, it is preferable to increase the electron density in a region where the effective magnetic field is large.

実施例３によれば、第１半導体層３２と第２半導体層３４との界面Ｉ１の伝導帯の不連続エネルギΔＥｃ１を界面Ｉ１の価電子帯の不連続エネルギΔＥｖ１より小さくする。これにより、界面Ｉ１におけるスピン軌道相互作用に起因した有効磁場を大きくすることができ、かつ界面Ｉ１における電子分布を大きくすることができる。 According to the third embodiment, the discontinuous energy ΔEc1 in the conduction band at the interface I1 between the first semiconductor layer 32 and the second semiconductor layer 34 is made smaller than the discontinuous energy ΔEv1 in the valence band at the interface I1. Thereby, the effective magnetic field resulting from the spin orbit interaction at the interface I1 can be increased, and the electron distribution at the interface I1 can be increased.

また、第２半導体層３４と第３半導体層３６との界面Ｉ２の伝導帯の不連続エネルギΔＥｃ２をΔＥｃ１より大きくする。界面Ｉ２の価電子帯の不連続エネルギΔＥｖ２をΔＥｖ１より小さくする。ΔＥｃ２がΔＥｃ１より大きいことにより、界面Ｉ１の電子分布を大きくすることができる。ΔＥｖ２がΔＥｖ１より小さいことにより、界面Ｉ２におけるスピン軌道相互作用に起因した有効磁場を弱くすることができる。界面Ｉ２に生じるスピン軌道相互作用は界面Ｉ１の生じるスピン軌道相互作用と反対となる。このため、界面Ｉ２におけるスピン軌道相互作用に起因した有効磁場を弱くすることにより、全体としてのスピン軌道相互作用を大きくすることができる。 Further, the discontinuous energy ΔEc2 of the conduction band at the interface I2 between the second semiconductor layer 34 and the third semiconductor layer 36 is set larger than ΔEc1. The discontinuous energy ΔEv2 in the valence band of the interface I2 is made smaller than ΔEv1. Since ΔEc2 is larger than ΔEc1, the electron distribution at the interface I1 can be increased. Since ΔEv2 is smaller than ΔEv1, the effective magnetic field due to the spin-orbit interaction at the interface I2 can be weakened. The spin orbit interaction occurring at the interface I2 is opposite to the spin orbit interaction occurring at the interface I1. For this reason, the spin-orbit interaction as a whole can be increased by weakening the effective magnetic field due to the spin-orbit interaction at the interface I2.

実施例１から実施例３のように、第１のスピン軌道相互作用としてドレッセルハウススピン軌道相互作用を用い、第２のスピン軌道相互作用としてラシュバスピン軌道相互作用を用いる場合、実施例１から実施例３のように、チャネル１８は、閃亜鉛鉱型結晶構造を有することが好ましい。特に、チャネル１８は、III−Ｖ族化合物半導体であることが好ましい。例えば、第１および第２チャネル１８ａおよび１８ｂ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、チャネル１８として、II−IV族化合物半導体を用いることもできる。 When the dresser house spin orbit interaction is used as the first spin orbit interaction and the Rashbaspin orbit interaction is used as the second spin orbit interaction as in the first to third embodiments, the first to the third embodiments are used. 3, the channel 18 preferably has a zinc blende crystal structure. In particular, the channel 18 is preferably a III-V group compound semiconductor. For example, GaAs, InAs, AlAs, GaP, InP, AlP, GaSb, InSb, AlSb, GaN, InN, and AlN can be used as the first and second channels 18a and 18b. Moreover, these mixed crystals can be used. Further, a II-IV group compound semiconductor can be used as the channel 18.

チャネル１８は、（１１０）面上に形成され、チャネル１８における電子の走行方向は、それぞれ［１００］方向であることが好ましい。なお、（１１０）面は、これと等価な（１０１）面、（０１１）面を含み、［００１］方向は、これと等価な［０１０］方向、［１００］方向を含む。チャネル１８が（１１０）面上に形成されることにより、［００１］方向に走行する電子に対しドレッセルハウススピン軌道相互作用に起因した有効磁場Ｂβが［１１０］方向に生じ、ラシュバスピン軌道相互作用に起因した有効磁場Ｂαが［０１０］方向に生じる。このように、有効磁場ＢβとＢαとを交差する方向に形成することができる。 The channel 18 is preferably formed on the (110) plane, and the traveling direction of electrons in the channel 18 is preferably the [100] direction. The (110) plane includes equivalent (101) plane and (011) plane, and the [001] direction includes equivalent [010] direction and [100] direction. By forming the channel 18 on the (110) plane, an effective magnetic field Bβ due to the dresser house spin-orbit interaction is generated in the [110] direction for electrons traveling in the [001] direction, and the Rushbaspin orbit interaction is caused. The resulting effective magnetic field Bα is generated in the [010] direction. In this way, the effective magnetic fields Bβ and Bα can be formed in a direction that intersects.

ゲート２４は、［１１０］方向に勾配を有する交流電界を生じさせることが好ましい。これにより、［０１０］方向にラシュバスピン軌道相互作用に起因した有効磁場を生じさせることができる。 The gate 24 preferably generates an alternating electric field having a gradient in the [110] direction. Thereby, the effective magnetic field resulting from the Rashbaspin orbital interaction can be generated in the [010] direction.

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。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

１８チャネル
２０ソース
２２ドレイン
２４ゲート
５０電子 18 channel 20 source 22 drain 24 gate 50 electron

Claims

A channel made of a semiconductor, in which a constant first effective magnetic field caused by the first spin-orbit interaction is generated in a direction intersecting the electron traveling direction;
By generating an alternating electric field having a frequency corresponding to the spin separation energy of the electrons generated due to the first effective magnetic field in the channel, the traveling direction of the electrons and the direction of the first effective magnetic field are generated in the channel. An electrode for generating an alternating second effective magnetic field caused by the second spin-orbit interaction in a direction crossing
An electron spin resonance generator comprising:

The first effective magnetic field has a constant magnitude and direction regardless of the size and direction of the electric field, the second effective magnetic field according to claim 1, wherein the magnitude and direction by the magnitude and direction of the electric field changes Electron spin resonance generator.

The direction of the first effective magnetic field is orthogonal to the traveling direction of the electrons, and the direction of the second effective magnetic field is orthogonal to each of the traveling direction of the electrons and the direction of the first effective magnetic field. 3. The electron spin resonance generator according to 2.

4. The channel according to claim 1, wherein the channel has a semiconductor zinc blende type crystal structure, is formed on a (110) plane, and a traveling direction of the electrons in the channel is a [100] direction. Electron spin resonance generator.

The electron spin resonance generating apparatus according to claim 4, wherein the electrode generates the alternating electric field having a gradient in a [110] direction.

An injector for injecting spin-polarized electrons into the channel;
An analyzer for detecting the direction of spin polarization of electrons received from the channel;
The electron spin resonance generator according to claim 1, further comprising:

A method of generating electron spin resonance in a channel made of a semiconductor and carrying electrons,
Generating a constant first effective magnetic field due to a first spin-orbit interaction in a direction crossing the traveling direction of the electrons;
By generating an AC electric field having a frequency corresponding to the spin separation energy of the electrons generated due to the first effective magnetic field in the channel, the traveling direction of the electrons and the first effective magnetic field are generated in the channel. Generating an alternating second effective magnetic field due to the second spin orbit interaction in a direction intersecting the direction;
A method for generating electron spin resonance comprising:

The first effective magnetic field has a constant magnitude and direction regardless of the size and direction of the electric field, the second effective magnetic field according to claim 7, wherein the magnitude and direction by the magnitude and direction of the electric field changes Generation method of electron spin resonance.

The direction of the first effective magnetic field is orthogonal to the traveling direction of the electrons, and the direction of the second effective magnetic field is orthogonal to each of the traveling direction of the electrons and the direction of the first effective magnetic field. 9. The method for generating electron spin resonance according to 8.

10. The channel according to claim 7, wherein the channel has a semiconductor zinc blende crystal structure, is formed on a (110) plane, and a traveling direction of the electrons in the channel is a [100] direction. Of generating electron spin resonance.

The method for generating electron spin resonance according to claim 10, wherein the step of generating a second effective magnetic field is a step of generating the second effective magnetic field by generating the alternating electric field having a gradient in the [110] direction.