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本学の注目すべき研究者のこれまでの研究活动や最新の情报を绍介します。

工学研究科　好田 誠 准教授

好田さんの人生は、狈贬碍スペシャル「电子立国日本の自叙伝」を见たことで决まったといえそうです。それは13歳を迎えた冬のことでした。日本が世界最大の半导体生产国だった平成元年の时点からその足跡を逆にたどったドキュメンタリーに映し出された半导体研究の歴史に魅せられたのです。なかでも特に印象的だったのが、穴の开いたバケツから流れ出た水の重さを使って结晶成长速度を制御する実験に励む西泽润一研究室の再现映像だったそうです。それを见て、ローテクな现场でハイテクを创り出す「かっこよさ」にあこがれたといいます。东北大学を目指す决心をした瞬间でした。

初心を贯彻して首尾よく东北大学工学部に入学した好田さんは、学部3年生のとき、大学间协定校制度を利用して、カリフォルニア大学サンタバーバラ校に留学しました。アメリカの人気ドラマ「ビバリーヒルズ青春白书」に描かれているカリフォルニアの楽しい学园生活にあこがれて留学生生活に临んだものの、カルチャーギャップに衝撃を受けたそうです。アメリカの大学生はみな、週日は猛烈に勉强する一方、週末は楽しく过ごす、そのメリハリのつけ方が惊きだったのです。好田さんは、心を引き缔め、充実した1年间を过ごしました。

サンタバーバラ校への留学中に、青色発光ダイオードの开発で后にノーベル物理学赏を受赏することになる中村修二さんが同校に着任してきました。その中村さんの謦咳に接する机会もあり、半导体研究に対する意欲を高ぶらせて帰国しました。

帰国后、学部4年に进级した好田さんが入った研究室は、现総长の大野英男先生の研究室でした。それはちょうど、大野研究室が、スピントロニクスと呼ばれる新しい研究分野を切り开き、世界のトップを走り出していた时期にあたります。半导体であると同时に磁石（磁性体）でもある物质を创ることに成功し、电子のスピンを制御することでその磁性のコントロールができることも実証していたのです。

全员が新しい技术の创出に迈进する研究室で、好田さんは発光ダイオードを用いた电子スピン生成の検出を研究テーマに选びます。まずは、発光ダイオードに电子のスピンをそろえて流すとどうなるかを调べることから始めました。电子スピンの向きをそろえると、円偏光という特殊な光が出ます。ということは逆に、出る光を测定することで、电子スピンのそろい具合がわかるかもしれないということです。好田さんは电子スピンの电流をそろえる研究を続け、博士号を取得しました。

転机は好机

大学院を修了した好田さんは、ちょうど狈罢罢物性基础研究所から东北大学工学部材料科学総合学科の教授に着任した新田淳作先生の研究室の助手に採用されました。电気?电子系から材料系への転身でしたが、それは研究の幅を広げることでもあります。両方を経験することは、研究成果の実用化を目指す上でもメリットになります。そこからの研究では、磁石にならないような普通の半导体で电子スピンの向きをそろえる可能性を探ると同时に、电子スピンを任意の方向にくるくる回転させる技术の开拓を目指すことになりました。

磁石ではない材料では、上向きの电子スピンと下向きの电子スピンが半々ずつで安定しています。その安定性を破って向きを変える技术の开発を进め、6年ほどで目途をつけることができました。

そうなると、スピンの向きを正确に検出する技术が必要になります。当时、スイスにある滨叠惭チューリッヒ研究所の研究グループがその技术を开発していました。そこで、万难を排し、2014年に1年间の予定で、海外派遣研究员として滨叠惭チューリッヒ研究所に滞在しました。

ここでもまたして、目から鳞の体験をします。同研究所は、少人数からなるユニットという研究グループで构成されています。しかし、いくつものユニットがバラバラに研究しているわけではありませんでした。午前と午后に研究所全体のティータイムがあり、异なるユニットのメンバーが気軽に言叶を交わす场が确保されているのです。ランチタイムも会话を交わす场となっていました。そういう场で、ユニット间の共同研究のアイデアや他分野の研究者からの有益な助言を得ているのです。しかも、みなさん时间の使い方がうまく、実験を続ける设定をしたうえで、ティータイムやランチタイムに参加していました。それでこそ、定时退社を励行しつつも、世界的な研究成果を出している秘诀だったのです。ただ、1年间という限られた时间しかない好田さんは、ぎりぎりの时间まで居残って実験をしていたそうです。

目に见えない电子のスピンを相手にした研究には困难が多いのではとの质问に、好田さんは、自分が电子になったつもりでスピン（回転）しているイメージを持ちながら取り组んでいますと笑って答えます。滨叠惭チューリッヒ研究所で习得してきたのは、スピンの様子が実験データに现れる方法でした。そういう実験の组み方もあるし、データを解析しないとスピンの様子がわからない実験方法もあるそうです。

电子のスピンを利用した次世代スピン情报処理?伝送が実现すれば、消费电力の大幅低减が期待できます。2020年6月には、その目标に向けて大きく前进する成果を発表しました。次世代スピン情报処理?伝送実现のためには、半导体中のスピンの回転制御やスピン情报を输送する手段として、スピンが向きをそろえ、いっせいに回転しながら空间伝搬するスピン波を活用する方法があります。スピン波の持続时间が长いほど、より効率的な情报処理や长距离情报输送が可能となるのですが、结晶内部に生じる磁场により、スピン波が时间とともに崩されてしまうという问题がありました。

好田さんの研究グループは、半導体の電子スピン波が、従来よりも長時間持続する結晶方向を発見したのです。半導体材料となる結晶内の原子が並ぶ面には方向性（面方位）があります。その面方位ごとに、スピンの安定性、保たれやすさが異なることがわかっていました。好田さんたちは、スピンがより安定となる新たな面を特定することに成功したのです。 従来のコンピューターは、電気信号のオン（1）かオフ（0）かという2つの状態を用いた二進法で計算をこなしています。電子スピンを用いる場合は、上向きのスピンを1、下向きを0とすれば、スピンをそろえることで、二進法の計算を省電力で記録することができるようになります。さらには、上向きでも下向きでもない中間の状態を使うことで、量子コンピューターへの応用が可能です。

スピンが安定であれば、その情报を远くまで输送できるようになります。これは大きなブレークスルーです。次なる目标は、见つけた方位面でスピンをどこまで精密に制御できるかです。

好田さんは、スピントロニクスという新たな分野を切り开いた研究室の出身者として、自分も新たな分野を切り开くことに闘志を燃やしています。

文責：広報室 特任教授 渡辺政隆

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