JP7291345B2 - Chiral matter device - Google Patents

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Description

本発明は、キラル物質装置に関する。 The present invention relates to chiral material devices.

対掌性（キラリティ）がある分子構造を有する物質やキラリティがある結晶構造を有する物質（以後、これらをまとめてキラル物質という）が知られている。例えば、乳酸C3H6O3はキラリティがある分子構造を有し、像と鏡像の関係にあるＤ－乳酸とＬ－乳酸が存在する。また、水晶（SiO2の結晶）はキラリティがある結晶構造を有する。水晶は、SiO4の四面体が頂点を共有する結晶構造を有し、SiO4のつながり方に注目すると、結晶の伸長方向（ｃ軸）に対してラセンを形成しており、ラセンが右巻きの結晶（右水晶）と左巻きの結晶（左水晶）とが存在する。右水晶の結晶構造と左水晶の結晶構造は像と鏡像の関係にある。 Substances having a molecular structure with chirality and substances having a crystal structure with chirality (hereinafter collectively referred to as chiral substances) are known. For example, lactic acid C 3 H 6 O 3 has a chiral molecular structure, and there are D-lactic acid and L-lactic acid that are in image and mirror image relationship. Also, quartz (crystal of SiO2 ) has a crystal structure with chirality. Quartz has a crystal structure in which SiO 4 tetrahedrons share vertexes. Focusing on how the SiO 4 is connected, it forms a spiral in the crystal extension direction (c-axis), and the spiral is clockwise. There are crystals (right-handed crystals) and left-handed crystals (left-handed crystals). The crystal structure of the right crystal and the crystal structure of the left crystal are in an image-mirror relationship.

キラル物質では、キラル誘発スピン選択（ＣＩＳＳ）効果によりスピン偏極電子が生成されることが知られている（例えば、特許文献１参照）。また、強磁性体などが示すスピン偏極がスピン吸収材に吸収されると、スピンの向きとスピンの流れの直交した方向に電荷の流れが生じること（逆スピンホール効果）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、スピン流を検出することができる非局所スピンバルブが知られている（例えば、非特許文献２参照）。また、現行のCMOSトランジスタの技術的限界を突破する次世代デバイスとしてDatta-Das型スピントランジスタが考案され、それを契機にスピン偏極トランジスタ素子の研究が進んでいる（例えば、特許文献２参照）。 In chiral materials, it is known that spin-polarized electrons are generated by the chiral-induced spin selection (CISS) effect (see, for example, Patent Document 1). In addition, it is known that when the spin polarization exhibited by a ferromagnetic material is absorbed by a spin absorber, a charge flow occurs in the direction perpendicular to the direction of the spin (inverse spin Hall effect). (For example, see Non-Patent Document 1). A non-local spin valve capable of detecting a spin current is also known (see, for example, Non-Patent Document 2). In addition, the Datta-Das type spin transistor has been devised as a next-generation device that overcomes the technical limitations of current CMOS transistors, and has triggered research into spin-polarized transistor elements (see, for example, Patent Document 2). .

特表２０１５－５１２１５９号公報Japanese Patent Publication No. 2015-512159 WO2014/027555 A1WO2014/027555 A1

T. Kimura et al., Phys. Rev. Lett. 98, 156601 (2007)T. Kimura et al., Phys. Rev. Lett. 98, 156601 (2007) F. J. Jedema et al., Nature 416, 713 (2002)F. J. Jedema et al., Nature 416, 713 (2002)

しかし、従来のトランジスタは半導体装置であり製造コストが高い。また、スピントランジスタの研究開発では材料選択、デバイス構造、製造工程、動作条件などが大きな課題となっている。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、キラル物質の特性を利用したキラル物質装置を提供する。 However, the conventional transistor is a semiconductor device and is expensive to manufacture. In addition, in the research and development of spin transistors, material selection, device structure, manufacturing process, operating conditions, etc. are major issues.
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a chiral substance device that utilizes the characteristics of chiral substances.

本発明は、キラル物質層と、前記キラル物質層に第１電界を形成することができるように設けられた第１電極及び第２電極と、前記キラル物質層と接触するように設けられた第１スピン検出層とを備え、第１及び第２電極は、第１及び第２電極のうち少なくとも一方が第１入力信号を入力するように設けられ、かつ、第１入力信号を入力することにより前記キラル物質層に第１電界を形成するように設けられ、第１入力信号に応じて第１スピン検出層の第１電界を横切る方向に生じる電圧又は第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化することを特徴とするキラル物質装置を提供する。 The present invention provides a chiral material layer, a first electrode and a second electrode provided so as to be able to form a first electric field in the chiral material layer, and a second electrode provided so as to be in contact with the chiral material layer. a spin detection layer, wherein the first and second electrodes are provided such that at least one of the first and second electrodes receives a first input signal; a voltage provided to form a first electric field in the chiral material layer and generated in a direction transverse to the first electric field in the first spin detection layer in response to a first input signal or between the first spin detection layer and the chiral material layer; To provide a chiral material device characterized in that the voltage generated between is varied.

第１及び第２電極は、第１入力信号を入力することによりキラル物質層に第１電界を形成する。このように電界を形成すると、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果によりキラル物質層にスピン偏極電子を生成することができる。
ＣＩＳＳ効果とは、電子がキラル高分子を通過するとスピン偏極する効果である。ＣＩＳＳ効果が高分子以外のキラル物質（例えば無機系キラル結晶）でも生じることは本発明者等が行った実験により明らかになった。 The first and second electrodes form a first electric field in the chiral material layer upon receiving a first input signal. Forming an electric field in this way can generate spin-polarized electrons in the chiral material layer due to the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect.
The CISS effect is the spin polarization effect of electrons passing through a chiral polymer. Experiments conducted by the present inventors have revealed that the CISS effect also occurs in chiral substances other than polymers (for example, inorganic chiral crystals).

第１入力信号に応じて第１スピン検出層の第１電界を横切る方向に生じる電圧は変化する。従って、第１入力信号を第１スピン検出層の電圧に変換することができ、電圧の正負、高低、電流の方向などで出力信号を出力することができる。第１スピン検出層に生じる電圧の向きはキラル物質層に形成する電界の向きが変わると変化する。このことは、本発明者等が行った実験により明らかになった。なお、第１スピン検出層に生じる電圧は、逆スピンホール効果で生じると考えられる。
第１入力信号に応じて第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化する。従って、第１入力信号を第１スピン検出層と前記キラル物質層との間の電圧に変換することができ、この電圧の正負、高低、生じる電流の方向などで出力信号を出力することができる。なお、スピン検出層とキラル物質層との間に生じる電圧は、非局所スピンバルブと同様の効果で生じると考えられる。
また、ＣＩＳＳ効果の逆効果がキラル物質（例えば無機系キラル結晶）で生じることは本発明者等が行った実験により明らかになった。前記スピン検出層に電界を印加すると、相反定理で結びつく逆効果が成立するため、キラル物質に電圧が発生する。この電圧は前記電圧印加部を利用して検出することが可能である。検出される電圧は、キラル物質のキラリティにより異なるため、検出された電圧に基づきキラル物質のキラリティを検出することができる。キラリティ検出装置に対して、電源部と制御部をつなぎかえることにより、逆過程に対して動作することは、本発明の発明者等が行った実験により明らかになった。
また、本発明のキラル物質装置には、低い製造コスト、室温動作、無磁場動作、微細化可能、冗長化可能、再構成可能などのメリットが挙げられる。 A voltage across the first electric field in the first spin detection layer varies in response to the first input signal. Therefore, the first input signal can be converted into the voltage of the first spin detection layer, and the output signal can be output according to the positive/negative of the voltage, the magnitude of the voltage, the direction of the current, and the like. The direction of the voltage generated in the first spin detection layer changes when the direction of the electric field formed in the chiral material layer changes. This has been clarified by experiments conducted by the inventors of the present invention. The voltage generated in the first spin detection layer is considered to be generated by the inverse spin Hall effect.
A voltage generated between the first spin detection layer and the chiral material layer varies in response to a first input signal. Therefore, the first input signal can be converted into a voltage between the first spin detection layer and the chiral material layer, and an output signal can be output according to the positive/negative of this voltage, the magnitude of the voltage, the direction of the generated current, and the like. . The voltage generated between the spin detection layer and the chiral substance layer is considered to be generated by the same effect as the nonlocal spin valve.
Further, experiments conducted by the present inventors have revealed that the reverse effect of the CISS effect occurs in chiral substances (for example, inorganic chiral crystals). When an electric field is applied to the spin detection layer, a voltage is generated in the chiral material due to the opposite effect linked by the reciprocity theorem. This voltage can be detected using the voltage applying section. Since the detected voltage varies depending on the chirality of the chiral substance, the chirality of the chiral substance can be detected based on the detected voltage. Experiments conducted by the inventors of the present invention have revealed that the chirality detector operates in reverse by switching the connection between the power source and the control unit.
In addition, the chiral material device of the present invention has advantages such as low manufacturing cost, room temperature operation, non-magnetic field operation, miniaturization, redundancy, and reconfigurability.

本発明の一実施形態のキラル物質装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a chiral material device according to one embodiment of the invention; FIG. 本発明の一実施形態のキラル物質装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a chiral material device according to one embodiment of the invention; FIG. 本発明の一実施形態のキラル物質装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a chiral material device according to one embodiment of the invention; FIG. スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; （ａ）は本発明の一実施形態のキラル物質装置の概略斜視図であり、（ｂ）は（ａ）に示したキラル物質装置の概略断面図である。1(a) is a schematic perspective view of a chiral material device according to an embodiment of the present invention, and (b) is a schematic cross-sectional view of the chiral material device shown in (a). FIG. スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; スピン偏極した電子のポテンシャルの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the potential of spin-polarized electrons; 入力信号の変化に伴うスピン流の変化及びスピン検出層に生じる電圧の変化の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of changes in spin current and changes in voltage occurring in the spin detection layer due to changes in input signal; 本発明の一実施形態のキラル物質装置の概略斜視図である。1 is a schematic perspective view of a chiral material device according to one embodiment of the invention; FIG. CrNb3S6をキラル物質層として作製した測定用デバイスの写真である。1 is a photograph of a measuring device having CrNb 3 S 6 as a chiral material layer. WCを用いて作製した測定用デバイスの写真である。It is a photograph of a measuring device produced using WC. CrNb3S6又はWCに電圧を印加した際の電圧検出用電極間の電圧の変化及び電気抵抗値の変化を示すグラフである。4 is a graph showing changes in voltage between voltage detection electrodes and changes in electrical resistance when a voltage is applied to CrNb 3 S 6 or WC. CrNb3S6又はWCに電圧を印加した際のスピン検出層（Ｐｔ層）に生じる電圧の変化を示すグラフ及びスピン検出層の電気抵抗値を示すグラフである。4 is a graph showing changes in voltage occurring in a spin detection layer (Pt layer) when a voltage is applied to CrNb 3 S 6 or WC, and a graph showing electrical resistance values of the spin detection layer. CrNb3S6に電圧を印加した際のスピン検出層（Ｐｔ層）に生じる電圧の変化を示すグラフ及びスピン検出層の電気抵抗値を示すグラフである。4 is a graph showing changes in voltage occurring in a spin detection layer (Pt layer) when a voltage is applied to CrNb 3 S 6 and a graph showing electrical resistance values of the spin detection layer. （ａ）はCrSi2をキラル物質層として作製した測定用デバイスの写真であり、（ｂ）（ｃ）はこのデバイスを用いた電圧検出実験の結果を示すグラフである。(a) is a photograph of a measuring device fabricated with CrSi 2 as a chiral substance layer, and (b) and (c) are graphs showing the results of voltage detection experiments using this device. （ａ）はNbSi2をキラル物質層として作製した測定用デバイスの写真であり、（ｂ）（ｃ）はこのデバイスを用いた電圧検出実験の結果を示すグラフである。(a) is a photograph of a measuring device having NbSi 2 as a chiral material layer, and (b) and (c) are graphs showing the results of voltage detection experiments using this device. （ａ）は左水晶をキラル物質層として作製した測定用デバイスの写真であり、（ｂ）はこのデバイスを用いた電圧検出実験の結果を示すグラフである。(a) is a photograph of a measurement device in which the left quartz crystal is used as a chiral material layer, and (b) is a graph showing the results of a voltage detection experiment using this device. （ａ）は右水晶をキラル物質層として作製した測定用デバイスの写真であり、（ｂ）はこのデバイスを用いた電圧検出実験の結果を示すグラフである。(a) is a photograph of a measurement device in which the right crystal is used as a chiral substance layer, and (b) is a graph showing the results of a voltage detection experiment using this device. （ａ）はNbSi2をキラル物質層として作製した測定用デバイスの写真であり、（ｂ）と（ｃ）はこのデバイスの電圧特性を示すグラフである。(a) is a photograph of a measuring device fabricated with NbSi 2 as a chiral material layer, and (b) and (c) are graphs showing the voltage characteristics of this device.

本発明のキラル物質装置は、キラル物質層と、前記キラル物質層に第１電界を形成することができるように設けられた第１電極及び第２電極と、前記キラル物質層と接触するように設けられた第１スピン検出層とを備え、第１及び第２電極は、第１及び第２電極のうち少なくとも一方が第１入力信号を入力するように設けられ、かつ、第１入力信号を入力することにより前記キラル物質層に第１電界を形成するように設けられ、第１入力信号に応じて第１スピン検出層の第１電界を横切る方向に生じる電圧又は第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化することを特徴とする。 The chiral material device of the present invention comprises a chiral material layer, a first electrode and a second electrode provided so as to form a first electric field in the chiral material layer, and contacting the chiral material layer. a first spin detection layer provided, wherein the first and second electrodes are provided such that at least one of the first and second electrodes receives a first input signal; A voltage or voltage generated across the first electric field in the first spin detection layer in response to a first input signal or a voltage applied to the first spin detection layer and the first spin detection layer and the It is characterized in that the voltage generated between it and the chiral substance layer changes.

第１スピン検出層の材料は強磁性体であることが好ましく、第１入力信号に応じて第１スピン検出層とキラル物質層との間に生じる電圧が変化することが好ましい。この電圧変化から出力信号を出力することが可能になる。
本発明のキラル物質装置は、キラル物質層に第１電界と平行な第２電界を形成することができるように設けられた第３電極及び第４電極を備えることが好ましい。第３及び第４電極は、第３及び第４電極のうち少なくとも一方が第２入力信号を入力するように設けられることが好ましく、かつ、第２入力信号を入力することによりキラル物質層に第２電界を形成するように設けられることが好ましい。第１スピン検出層は、第１及び第２電極と第３及び第４電極との間に配置されることが好ましく、第１及び第２入力信号に応じて第１スピン検出層の第１又は第２電界を横切る方向に生じる電圧又は第１スピン検出層とキラル物質層との間に生じる電圧が変化することが好ましい。このことにより、キラル物質装置を３値動作デバイスとして動作させることができる。 The material of the first spin detection layer is preferably ferromagnetic, and the voltage generated between the first spin detection layer and the chiral material layer is preferably changed in response to the first input signal. It becomes possible to output an output signal from this voltage change.
Preferably, the chiral material device of the present invention comprises a third electrode and a fourth electrode arranged so as to form a second electric field parallel to the first electric field in the chiral material layer. The third and fourth electrodes are preferably provided such that at least one of the third and fourth electrodes receives the second input signal, and inputting the second input signal causes the chiral material layer to It is preferably provided to form two electric fields. The first spin detection layer is preferably arranged between the first and second electrodes and the third and fourth electrodes, and depending on the first and second input signals, the first or second spin detection layer Preferably, the voltage developed across the second electric field or the voltage developed between the first spin detection layer and the chiral material layer is varied. This allows the chiral matter device to operate as a ternary operating device.

本発明のキラル物質装置は、キラル物質層と接触するように設けられた第２スピン検出層を備えることが好ましい。第１及び第２スピン検出層は、第１及び第２電極と第３及び第４電極との間に並べて配置されることが好ましく、第１及び第２入力信号に応じて、第１スピン検出層の第１又は第２電界を横切る方向に生じる電圧、第１スピン検出層とキラル物質層との間に生じる電圧、第２スピン検出層の第１又は第２電界を横切る方向に生じる電圧又は第２スピン検出層とキラル物質層との間に生じる電圧が変化することが好ましい。このことにより、第１及び第２スピン検出層のうちどちらか一方を選択して出力信号を出力することが可能になる。 The chiral material device of the present invention preferably comprises a second spin detection layer provided in contact with the chiral material layer. The first and second spin detection layers are preferably arranged side by side between the first and second electrodes and the third and fourth electrodes, and in response to the first and second input signals, the first spin detection a voltage across the first or second electric field in the layer, a voltage across the first spin detection layer and the chiral material layer, a voltage across the first or second electric field in the second spin detection layer, or Preferably, the voltage generated between the second spin detection layer and the chiral material layer is varied. This makes it possible to select either one of the first and second spin detection layers to output an output signal.

以下、図面を用いて本発明の一実施形態を説明する。図面や以下の記述中で示す構成は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The configurations shown in the drawings and the following description are examples, and the scope of the present invention is not limited to those shown in the drawings and the following description.

図１～３、８、１４は、それぞれ本実施形態のキラル物質装置の概略斜視図などである。
本実施形態のキラル物質装置２０は、キラル物質層２と、キラル物質層２に第１電界を形成することができるように設けられた第１電圧印加用電極３及び第２電圧印加用電極４と、キラル物質層２と接触するように設けられたスピン検出層５とを備え、第１電圧印加用電極３及び第２電圧印加用電極４は、第１電圧印加用電極３及び第２電圧印加用電極４のうち少なくとも一方が第１入力信号を入力するように設けられ、かつ、第１入力信号を入力することによりキラル物質層２に第１電界を形成するように設けられ、第１入力信号に応じてスピン検出層５の第１電界を横切る方向に生じる電圧又はスピン検出層５とキラル物質層２との間に生じる電圧が変化することを特徴とする。 1 to 3, 8, and 14 are schematic perspective views and the like of the chiral substance device of this embodiment, respectively.
The chiral substance device 20 of this embodiment comprises a chiral substance layer 2, and a first voltage applying electrode 3 and a second voltage applying electrode 4 which are provided so as to form a first electric field in the chiral substance layer 2. and a spin detection layer 5 provided so as to be in contact with the chiral substance layer 2, and the first voltage application electrode 3 and the second voltage application electrode 4 are connected to the first voltage application electrode 3 and the second voltage At least one of the applying electrodes 4 is provided to receive a first input signal, and is provided to form a first electric field in the chiral material layer 2 by receiving the first input signal. The voltage generated across the first electric field in the spin detection layer 5 or the voltage generated between the spin detection layer 5 and the chiral material layer 2 is changed according to the input signal.

キラル物質装置２０は、キラル物質の特性を利用した装置であり、トランジスタであってもよく、メモリであってもよく、論理素子であってもよい。
キラル物質とは、対掌性（キラリティ）がある分子構造を有する物質やキラリティがある結晶構造を有する物質である。キラル物質には右手系と左手系とが存在する。キラル物質の右手系と左手系とは鏡像異性体である。キラル物質は、無機系物質であってもよく、高分子であってもよく、有機分子であってもよく、液晶であってもよい。 The chiral substance device 20 is a device that utilizes the characteristics of chiral substances, and may be a transistor, a memory, or a logic element.
A chiral substance is a substance having a molecular structure with chirality or a substance having a crystal structure with chirality. There are right-handed and left-handed chiral substances. Right-handed and left-handed chiral substances are enantiomers. The chiral substance may be an inorganic substance, a polymer, an organic molecule, or a liquid crystal.

キラル物質層２は、キラル物質を含む層である。キラル物質層２は、右手系キラル物質及び左手系キラル物質のうちどちらか一方を主に含む層とすることができる。また、キラル物質層２は、右手系キラル物質からなる層と左手系キラル物質からなる層とが組み合わされた構造を有してもよい。
キラル物質層２は、単結晶であってもよく、多結晶であってもよく、微晶質であってもよく、液晶であってもよく、粉末の凝集体であってもよい。また、キラル物質層２は、キラル物質を含むゲルであってもよい。また、キラル物質層２は、導電体であってもよく、半導体であってもよく、絶縁体であってもよい。 The chiral substance layer 2 is a layer containing a chiral substance. The chiral material layer 2 can be a layer mainly containing either right-handed chiral material or left-handed chiral material. Moreover, the chiral material layer 2 may have a structure in which a layer made of a right-handed chiral material and a layer made of a left-handed chiral material are combined.
The chiral substance layer 2 may be a single crystal, polycrystal, microcrystalline, liquid crystal, or aggregate of powder. Also, the chiral substance layer 2 may be a gel containing a chiral substance. Moreover, the chiral substance layer 2 may be a conductor, a semiconductor, or an insulator.

第１電圧印加用電極３及び第２電圧印加用電極４は、キラル物質層２に電界を形成するための電極である。第１電圧印加用電極３と第２電圧印加用電極４との間に電圧を印加することによりキラル物質層２に電界が形成される。キラル物質装置２０は、図１～３に示した装置のように一対の電圧印加用電極３、４を有してもよく、図８、１４に示した装置のように電圧印加用電極３、４の対を複数有してもよい。 The first voltage application electrode 3 and the second voltage application electrode 4 are electrodes for forming an electric field in the chiral substance layer 2 . An electric field is formed in the chiral substance layer 2 by applying a voltage between the first voltage applying electrode 3 and the second voltage applying electrode 4 . The chiral material device 20 may have a pair of voltage applying electrodes 3, 4 as in the device shown in FIGS. You may have multiple pairs of four.

電極３、４を用いてキラル物質層２に電界を発生させると、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果によりキラル物質層２に含まれるキラル物質にスピン偏極電子を生じさせることができる。また、キラル物質層２に形成する電界の向きが変わると、スピン偏極の向きが変わる。
ＣＩＳＳ効果とは、電子がキラル高分子を通過するとスピン偏極する効果である。ＣＩＳＳ効果が高分子以外のキラル物質（例えば無機系キラル結晶）でも生じることが本発明者等が行った実験により明らかになった。 When an electric field is generated in the chiral material layer 2 using the electrodes 3 and 4, spin-polarized electrons can be generated in the chiral material contained in the chiral material layer 2 due to the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect. Further, when the direction of the electric field formed in the chiral substance layer 2 changes, the direction of spin polarization changes.
The CISS effect is the spin polarization effect of electrons passing through a chiral polymer. Experiments conducted by the present inventors have revealed that the CISS effect also occurs in chiral substances other than polymers (for example, inorganic chiral crystals).

スピン検出層５は、キラル物質層２で生じさせたスピン偏極のスピンを吸収する層である。スピン検出層５は、キラル物質層２と接触するように設けられる。スピン検出層５の材料は、スピン流―電荷流の変換効率が大きい物質とすることができる。この場合、逆スピンホール効果により、スピン検出層５に電荷の流れが生じる。逆スピンホール効果では、スピン偏極がスピン吸収材に吸収されると、スピンの向きとスピンの流れの直交した方向に電荷の流れが生じる。このため、スピン検出層５に生じる電圧の向きや大きさは、キラル物質層２で生じさせたスピン偏極のスピンの向きに応じて変わる。
この場合、スピン検出層５は、図１、２に示したキラル物質装置２０のように設けることができる。 The spin detection layer 5 is a layer that absorbs the spin polarized spin generated in the chiral substance layer 2 . A spin detection layer 5 is provided so as to be in contact with the chiral material layer 2 . The material of the spin detection layer 5 can be a substance having a high spin current-to-charge current conversion efficiency. In this case, a charge flow occurs in the spin detection layer 5 due to the inverse spin Hall effect. In the inverse spin Hall effect, when the spin polarization is absorbed by the spin absorbing material, charge flow occurs in the direction perpendicular to the spin direction. Therefore, the direction and magnitude of the voltage generated in the spin detection layer 5 change according to the spin direction of the spin polarization generated in the chiral substance layer 2 .
In this case, the spin detection layer 5 can be provided like the chiral material device 20 shown in FIGS.

スピン検出層５の材料は、スピンホール角が大きいスピン吸収材料が好ましい。例えば、スピン軌道相互作用が大きい物質（Pt, W など）、トポロジカル絶縁体、（ワイル）半金属、２次元ガス系、金属/酸化物や金属/分子などのハイブリッド膜、酸化物、分子、誘電体、半導体、ラシュバ系などが挙げられる。 The material of the spin detection layer 5 is preferably a spin absorption material with a large spin Hall angle. For example, materials with large spin-orbit interactions (Pt, W, etc.), topological insulators, (Weyl) semimetals, two-dimensional gas systems, hybrid films such as metal/oxides and metals/molecules, oxides, molecules, dielectrics solids, semiconductors, Rashba systems, and the like.

スピン検出層５の材料は、強磁性材料であってもよい。このようなスピン検出層５をキラル物質層２と接触させることにより、スピンバルブのように、キラル物質層２に含まれるキラル物質のスピン偏極がスピン検出層５の電荷流を引き起こし、スピン検出層５とキラル物質層２との間に電圧を発生させることができる。この場合、スピン検出層５は、一様磁化状態となるように形状が異方的なものが望ましい。
この場合、スピン検出層５は、図３に示したキラル物質装置２０のように設けることができる。また、スピン検出層５とキラル物質層２との間の電圧は、図３に示したように、キラル物質層２と電気的に接続した電圧検出用電極８を用いて検出することができる。 The material of the spin detection layer 5 may be a ferromagnetic material. By bringing such a spin detection layer 5 into contact with the chiral substance layer 2, the spin polarization of the chiral substance contained in the chiral substance layer 2 causes a charge flow in the spin detection layer 5 like a spin valve, thereby causing spin detection. A voltage can be generated between layer 5 and chiral material layer 2 . In this case, the spin detection layer 5 preferably has an anisotropic shape so as to have a uniform magnetization state.
In this case, the spin detection layer 5 can be provided like the chiral material device 20 shown in FIG. Also, the voltage between the spin detection layer 5 and the chiral substance layer 2 can be detected using the voltage detection electrode 8 electrically connected to the chiral substance layer 2 as shown in FIG.

スピン検出層５は、例えば、図１に示したキラル物質装置２０のように、電圧印加用電極３、４の間に配置してもよい。また、スピン検出層５は、例えば、図２、３、８、１４に示したキラル物質装置２０のように電圧印加用電極３、４の間に配置しなくてもよい。なお、電圧印加用電極３、４を用いてキラル物質層２に生じさせたスピン偏極は、電極３と電極４の間のキラル物質層２にのみ生じるのではなく、キラル物質層２の電界を発生させていない部分にもスピン偏極を生じさせる。このことは本発明者等が行った実験により明らかになった。
また、一対の電圧印加用電極３、４を複数設ける場合、図８に示したように電圧印加用電極３、４の対と隣接する電圧印加用電極３、４の対との間にスピン検出層５を複数配置してもよい。このことにより、出力信号を出力するスピン検出層５を選択することが可能になる。 The spin detection layer 5 may be arranged between the voltage application electrodes 3 and 4, for example, like the chiral material device 20 shown in FIG. Further, the spin detection layer 5 does not have to be arranged between the voltage application electrodes 3 and 4 as in the chiral material device 20 shown in FIGS. The spin polarization generated in the chiral material layer 2 by using the voltage applying electrodes 3 and 4 is not generated only in the chiral material layer 2 between the electrodes 3 and 4, but rather in the electric field of the chiral material layer 2. Spin polarization is also generated in the portion where the is not generated. This has been clarified by experiments conducted by the inventors of the present invention.
When a plurality of pairs of voltage application electrodes 3 and 4 are provided, spin detection is performed between a pair of voltage application electrodes 3 and 4 and an adjacent pair of voltage application electrodes 3 and 4 as shown in FIG. A plurality of layers 5 may be arranged. This makes it possible to select the spin detection layer 5 that outputs the output signal.

入力部６は、電圧印加用電極３、４のうち少なくとも一方に入力信号を入力し、電圧印加用電極３、４の間のキラル物質層２に電界を形成するように設けられる。このため、入力信号に応じて変化する電界をキラル物質層２に形成することができる。例えば、入力部６は、入力信号に応じてキラル物質層２に形成される電界の向きが変わるように設けることができる。キラル物質層２の電界の向きが変わると、キラル物質層２のスピン偏極の向きも変わる。このため、図１、２に示した装置２０のようにスピン検出層５を設けている場合、入力信号に応じてスピン検出層５の電界を横切る方向に生じる電圧の向きも変わる。この電圧の向きを出力部７から出力信号として出力することにより、入力信号を出力信号に変換することができる。
図３に示した装置２０のように強磁性体のスピン検出層５を設けている場合、入力信号に応じてスピン検出層５と電極８（キラル物質層２に電気的に接続している）との間に生じる電圧の向きも変わる。この電圧の向きを出力部７から出力信号として出力することにより、入力信号を出力信号に変換することができる。 The input unit 6 is provided to input an input signal to at least one of the voltage application electrodes 3 and 4 and to form an electric field in the chiral substance layer 2 between the voltage application electrodes 3 and 4 . Therefore, an electric field that changes according to the input signal can be formed in the chiral material layer 2 . For example, the input section 6 can be provided so that the direction of the electric field formed in the chiral material layer 2 changes according to the input signal. When the orientation of the electric field in the chiral material layer 2 changes, the orientation of the spin polarization of the chiral material layer 2 also changes. Therefore, when the spin detection layer 5 is provided as in the device 20 shown in FIGS. 1 and 2, the direction of the voltage generated across the electric field of the spin detection layer 5 also changes according to the input signal. By outputting the direction of this voltage from the output section 7 as an output signal, the input signal can be converted into an output signal.
When a ferromagnetic spin detection layer 5 is provided as in the device 20 shown in FIG. 3, the spin detection layer 5 and the electrode 8 (electrically connected to the chiral material layer 2) can The direction of the voltage generated between and also changes. By outputting the direction of this voltage from the output section 7 as an output signal, the input signal can be converted into an output signal.

次に、図４～７を用いてキラル物質層２のスピン偏極した電子のポテンシャル及びスピン検出層５の電圧について説明する。図４、５では図１に示した装置２０を用いており、図６、７では図２に示した装置２０を用いている。ここではスピン偏極について、右方向にスピン偏極した電子と左方向にスピン偏極した電子とを用いて説明する。
図４（ｂ）、図５（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示したグラフにおいて、点線は右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルであり、実線は左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルであり、破線は右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルと左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルとを合わせたポテンシャルである。なお、キラル物質層２が右手系キラル物質か左手系キラル物質かでスピン偏極の向きは変わるが、図４～７では、同じキラル物質を用いているものとする。 Next, the potential of spin-polarized electrons in the chiral substance layer 2 and the voltage in the spin detection layer 5 will be described with reference to FIGS. 4 and 5 use the device 20 shown in FIG. 1, and FIGS. 6 and 7 use the device 20 shown in FIG. Here, the spin polarization will be explained using electrons spin-polarized in the right direction and electrons spin-polarized in the left direction.
In the graphs shown in FIGS. 4(b), 5(b), 6(b), and 7(b), the dotted lines are the potentials of electrons spin-polarized to the right, and the solid lines are the potentials of spin-polarized electrons to the left. It is the potential of polarized electrons, and the dashed line is the combined potential of the electrons spin-polarized to the right and the potential of electrons spin-polarized to the left. Although the direction of spin polarization changes depending on whether the chiral substance layer 2 is a right-handed chiral substance or a left-handed chiral substance, FIGS. 4 to 7 assume that the same chiral substance is used.

図４のように、電極３から電極４へ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果によりスピン偏極が生じ、例えば右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３、４の間の電界により、電子のポテンシャルは電極４に近いほど高くなる。この場合、スピン検出層５は右方向にスピン偏極した電子のスピンを吸収し、逆スピンホール効果によりスピン検出層５に電圧が生じる。 As shown in FIG. 4, when an electric field is generated in the chiral material layer 2 so that a current flows from the electrode 3 to the electrode 4, spin polarization occurs due to the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect. Polarized electrons have a higher potential, and leftward spin-polarized electrons have a lower potential. Also, due to the electric field between the electrodes 3 and 4 , the potential of the electrons becomes higher as they are closer to the electrode 4 . In this case, the spin detection layer 5 absorbs the spin of electrons spin-polarized in the right direction, and a voltage is generated in the spin detection layer 5 by the inverse spin Hall effect.

図５のように、電極４から電極３へ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ、例えば左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３、４の間の電界により、電子のポテンシャルは電極３に近いほど高くなる。この場合、スピン検出層５は左方向にスピン偏極した電子のスピンを吸収し、逆スピンホール効果によりスピン検出層５に電圧が生じる。
このため、図４と図５では、スピン検出層５が吸収するスピンの向きが逆であるため、電圧が生じる向きも逆になる。このように入力信号により電極３と電極４との間のキラル物質層２に発生させる電界の向きを変えることによりスピン検出層５で発生させる電圧の向きを変えることができ、出力信号を出力することができる。 As shown in FIG. 5, when an electric field is generated in the chiral material layer 2 so that a current flows from the electrode 4 to the electrode 3, spin polarization occurs due to the CISS effect. and the potential of electrons spin-polarized to the right becomes low. Also, due to the electric field between the electrodes 3 and 4 , the potential of the electrons becomes higher the closer they are to the electrode 3 . In this case, the spin detection layer 5 absorbs the spin of electrons spin-polarized in the left direction, and a voltage is generated in the spin detection layer 5 by the inverse spin Hall effect.
Therefore, in FIG. 4 and FIG. 5, the directions of the spins absorbed by the spin detection layer 5 are opposite, so the directions in which the voltages are generated are also opposite. By changing the direction of the electric field generated in the chiral substance layer 2 between the electrodes 3 and 4 by the input signal in this way, the direction of the voltage generated in the spin detection layer 5 can be changed, and an output signal is output. be able to.

図６のように、電極３から電極４へ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ、例えば右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３、４の間の電界により、電子のポテンシャルは電極４に近いほど高くなる。この場合、電極４の直下のキラル物質層２におけるスピン偏極状態は、電極４の右側の電圧を印加していないキラル物質層２の部分においても保たれる。このため、電極３、４の間ではなく、電極４の右側に配置されたスピン検出層５は右方向にスピン偏極した電子のスピンを吸収し、逆スピンホール効果によりスピン検出層５に電圧が生じる。 As shown in FIG. 6, when an electric field is generated in the chiral material layer 2 so that a current flows from the electrode 3 to the electrode 4, spin polarization occurs due to the CISS effect. and the potential of electrons spin-polarized to the left becomes low. Also, due to the electric field between the electrodes 3 and 4 , the potential of the electrons becomes higher as they are closer to the electrode 4 . In this case, the spin-polarized state in the chiral material layer 2 immediately below the electrode 4 is maintained also in the portion of the chiral material layer 2 to which no voltage is applied on the right side of the electrode 4 . Therefore, the spin detection layer 5 arranged on the right side of the electrode 4 instead of between the electrodes 3 and 4 absorbs the spin of the electrons spin-polarized in the right direction, and the inverse spin Hall effect causes the spin detection layer 5 to generate a voltage. occurs.

図７のように、電極４から電極３へ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ、例えば左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３、４の間の電界により、電子のポテンシャルは電極３に近いほど高くなる。この場合、電極４の直下のキラル物質層２におけるスピン偏極状態は、電極４の右側の電圧を印加していないキラル物質層２の部分においても保たれる。このため、電極３、４の間ではなく、電極４の右側に配置されたスピン検出層５は左方向にスピン偏極した電子のスピンを吸収し、逆スピンホール効果によりスピン検出層５に電圧が生じる。
このため、図６と図７では、スピン検出層５が吸収するスピンの向きが逆であるため、電圧が生じる向きも逆になる。このように入力信号により電極３と電極４との間のキラル物質層２に発生させる電界の向きを変えることによりスピン検出層５で発生させる電圧の向きを変えることができ、出力信号を出力することができる。 As shown in FIG. 7, when an electric field is generated in the chiral material layer 2 so that a current flows from the electrode 4 to the electrode 3, spin polarization occurs due to the CISS effect. and the potential of electrons spin-polarized to the right becomes low. Also, due to the electric field between the electrodes 3 and 4 , the potential of the electrons becomes higher the closer they are to the electrode 3 . In this case, the spin-polarized state in the chiral material layer 2 immediately below the electrode 4 is maintained also in the portion of the chiral material layer 2 to which no voltage is applied on the right side of the electrode 4 . Therefore, the spin detection layer 5 arranged on the right side of the electrode 4 instead of between the electrodes 3 and 4 absorbs the spin of electrons spin-polarized in the left direction, and the inverse spin Hall effect causes the spin detection layer 5 to generate a voltage. occurs.
Therefore, in FIG. 6 and FIG. 7, the directions of the spins absorbed by the spin detection layer 5 are opposite, so the directions in which the voltages are generated are also opposite. By changing the direction of the electric field generated in the chiral substance layer 2 between the electrodes 3 and 4 by the input signal in this way, the direction of the voltage generated in the spin detection layer 5 can be changed, and an output signal is output. be able to.

次に、図９～１２を用いてキラル物質層２のスピン偏極した電子のポテンシャル及びスピン検出層５ｂの電圧について説明する。
図９～１２では図８に示した装置２０を用いている。ここではスピン偏極について、右方向にスピン偏極した電子と左方向にスピン偏極した電子とを用いて説明する。
図９（ｃ）、図１０（ｃ）、図１１（ｃ）、図１２（ｃ）に示したグラフにおいて、点線は右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルであり、実線は左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルであり、破線は右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルと左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルとを合わせたポテンシャルである。なお、キラル物質層２が右手系キラル物質か左手系キラル物質かでスピン偏極の向きは変わるが、図９～１２では、同じキラル物質を用いているものとする。 Next, the potential of spin-polarized electrons in the chiral substance layer 2 and the voltage of the spin detection layer 5b will be described with reference to FIGS.
9-12 use the apparatus 20 shown in FIG. Here, the spin polarization will be explained using electrons spin-polarized in the right direction and electrons spin-polarized in the left direction.
In the graphs shown in FIGS. 9(c), 10(c), 11(c), and 12(c), the dotted line represents the potential of electrons spin-polarized in the right direction, and the solid line represents the potential of spin-polarized electrons in the left direction. It is the potential of polarized electrons, and the dashed line is the combined potential of the electrons spin-polarized to the right and the potential of electrons spin-polarized to the left. Although the direction of spin polarization changes depending on whether the chiral substance layer 2 is a right-handed chiral substance or a left-handed chiral substance, FIGS. 9 to 12 assume that the same chiral substance is used.

図９のように、入力部６ａを用いて電極３ａから電極４ａへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ａ、４ａの間のキラル物質層２では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ａ、４ａの間の電界により、電子のポテンシャルは電極４ａに近いほど高くなる。
また、図９のように、入力部６ｂを用いて電極４ｂから電極３ｂへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ｂ、４ｂの間のキラル物質層２では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ｂ、４ｂの間の電界により、電子のポテンシャルは電極３ｂに近いほど高くなる。 As shown in FIG. 9, when an electric field is generated in the chiral material layer 2 by using the input section 6a so that a current flows from the electrode 3a to the electrode 4a, the CISS effect occurs in the chiral material layer 2 between the electrodes 3a and 4a. spin polarization occurs, the potential of electrons spin-polarized in the right direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the left direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3a and 4a, the potential of the electrons becomes higher as it approaches the electrode 4a.
Further, as shown in FIG. 9, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 so that a current flows from the electrode 4b to the electrode 3b by using the input part 6b, the chiral substance layer 2 between the electrodes 3b and 4b is: Spin polarization occurs due to the CISS effect, the potential of electrons spin-polarized in the left direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the right direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3b and 4b, the potential of the electrons increases as it approaches the electrode 3b.

この場合、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２には電流は流れないが、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルは電極４ａから電極３ｂに向かうほど小さくなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルは電極３ｂから電極４ａに向かうほど小さくなる。このため、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２には、電界方向に平行に偏極したスピン流（Ｊs = Ｄ ∇（ｎ↑－ｎ↓））が右向きに流れる。
また、スピン検出層５ｂの直下のキラル物質層２では、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルと同じであるため、スピン検出層５ｂには電圧が生じない（Ｖxy＝０）。 In this case, no current flows through the chiral substance layer 2 between the electrodes 4a and 3b, but the potential of the electrons spin-polarized in the right direction decreases from the electrode 4a toward the electrode 3b, and the spin in the left direction decreases. The potential of the polarized electrons becomes smaller from the electrode 3b toward the electrode 4a. Therefore, a spin current (J s =D ∇ (n ↑ −n ↓ )) polarized parallel to the direction of the electric field flows rightward in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b.
Further, in the chiral substance layer 2 immediately below the spin detection layer 5b, the potential of electrons spin-polarized in the right direction is the same as the potential of electrons spin-polarized in the left direction, so a voltage is applied to the spin detection layer 5b. does not occur (V xy =0).

図１０のように、入力部６ａを用いて電極３ａから電極４ａへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ａ、４ａの間のキラル物質層では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ａ、４ａの間の電界により、電子のポテンシャルは電極４ａに近いほど高くなる。
また、図１０のように、入力部６ｂを用いて電極３ｂから電極４ｂへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ｂ、４ｂの間のキラル物質層では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ｂ、４ｂの間の電界により、電子のポテンシャルは電極４ｂに近いほど高くなる。 As shown in FIG. 10, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 by using the input section 6a so that a current flows from the electrode 3a to the electrode 4a, the CISS effect causes Spin polarization occurs, the potential of electrons spin-polarized in the right direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the left direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3a and 4a, the potential of the electrons becomes higher as it approaches the electrode 4a.
Further, as shown in FIG. 10, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 so that a current flows from the electrode 3b to the electrode 4b using the input part 6b, CISS is generated in the chiral substance layer between the electrodes 3b and 4b. Due to this effect, spin polarization occurs, the potential of electrons spin-polarized in the right direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the left direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3b and 4b, the potential of the electrons becomes higher as it approaches the electrode 4b.

この場合、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２には電流は流れないが、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２では、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高く左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低い状態が保たれる。このため、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２にはスピン流は流れない（Ｊs＝０）。また、スピン検出層５ｂの直下のキラル物質層２では、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高く左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低いため、スピン検出層５ｂに電圧が生じる（Ｖxyは正）。 In this case, no current flows in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b, but the potential of electrons spin-polarized in the right direction increases in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b. The potential of electrons with high spin polarization to the left is kept low. Therefore, no spin current flows in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b (J s =0). Further, in the chiral substance layer 2 immediately below the spin detection layer 5b, the potential of the electrons spin-polarized in the right direction is high and the potential of the electrons spin-polarized in the left direction is low, so that a voltage is generated in the spin detection layer 5b ( V xy is positive).

図１１のように、入力部６ａを用いて電極４ａから電極３ａへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ａ、４ａの間のキラル物質層では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ａ、４ａの間の電界により、電子のポテンシャルは電極３ａに近いほど高くなる。
また、図１１のように、入力部６ｂを用いて電極３ｂから電極４ｂへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ｂ、４ｂの間のキラル物質層では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ｂ、４ｂの間の電界により、電子のポテンシャルは電極４ｂに近いほど高くなる。 As shown in FIG. 11, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 by using the input section 6a so that a current flows from the electrode 4a to the electrode 3a, the chiral substance layer between the electrodes 3a and 4a becomes Spin polarization occurs, the potential of electrons spin-polarized in the left direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the right direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3a and 4a, the potential of the electrons becomes higher as it approaches the electrode 3a.
Further, as shown in FIG. 11, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 so that a current flows from the electrode 3b to the electrode 4b using the input part 6b, CISS is generated in the chiral substance layer between the electrodes 3b and 4b. Due to this effect, spin polarization occurs, the potential of electrons spin-polarized in the right direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the left direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3b and 4b, the potential of the electrons becomes higher as it approaches the electrode 4b.

この場合、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２には電流は流れないが、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルは電極４ａから電極３ｂに向かうほど小さくなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルは電極３ｂから電極４ａに向かうほど小さくなる。このため、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２には、電界方向に平行に偏極したスピン流（Ｊs = Ｄ ∇（ｎ↑－ｎ↓））が左向きに流れる。
また、スピン検出層５ｂの直下のキラル物質層２では、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルと同じであるため、スピン検出層５ｂには電圧が生じない（Ｖxy＝０）。 In this case, no current flows through the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b, but the potential of electrons spin-polarized in the left direction becomes smaller from the electrode 4a to the electrode 3b, and spins in the right direction. The potential of the polarized electrons becomes smaller from the electrode 3b toward the electrode 4a. Therefore, a spin current (J s =D ∇ (n ↑ −n ↓ )) polarized parallel to the direction of the electric field flows leftward in the chiral substance layer 2 between the electrodes 4a and 3b.
Further, in the chiral substance layer 2 immediately below the spin detection layer 5b, the potential of electrons spin-polarized in the right direction is the same as the potential of electrons spin-polarized in the left direction, so a voltage is applied to the spin detection layer 5b. does not occur (V xy =0).

図１２のように、入力部６ａを用いて電極４ａから電極３ａへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ａ、４ａの間のキラル物質層では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ａ、４ａの間の電界により、電子のポテンシャルは電極３ａに近いほど高くなる。
また、図１２のように、入力部６ｂを用いて電極４ｂから電極３ｂへ向かう電流が流れるようにキラル物質層２に電界を発生させると、電極３ｂ、４ｂの間のキラル物質層２では、ＣＩＳＳ効果によりスピン偏極が生じ左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高くなり、右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低くなる。また電極３ｂ、４ｂの間の電界により、電子のポテンシャルは電極３ｂに近いほど高くなる。 As shown in FIG. 12, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 by using the input section 6a so that a current flows from the electrode 4a to the electrode 3a, the chiral substance layer between the electrodes 3a and 4a becomes Spin polarization occurs, the potential of electrons spin-polarized in the left direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the right direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3a and 4a, the potential of the electrons becomes higher as it approaches the electrode 3a.
Further, as shown in FIG. 12, when an electric field is generated in the chiral substance layer 2 by using the input part 6b so that a current flows from the electrode 4b to the electrode 3b, the chiral substance layer 2 between the electrodes 3b and 4b is: Spin polarization occurs due to the CISS effect, the potential of electrons spin-polarized in the left direction increases, and the potential of electrons spin-polarized in the right direction decreases. Also, due to the electric field between the electrodes 3b and 4b, the potential of the electrons increases as it approaches the electrode 3b.

この場合、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２には電流は流れないが、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２では、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高く右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低い状態が保たれる。このため、電極４ａと電極３ｂとの間のキラル物質層２にはスピン流は流れない（Ｊs＝０）。また、スピン検出層５ｂの直下のキラル物質層２では、左方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが高く右方向にスピン偏極した電子のポテンシャルが低いため、スピン検出層５ｂに電圧が生じる（Ｖxyは負）。 In this case, no current flows in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b, but the potential of leftwardly spin-polarized electrons increases in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b. The potential of electrons that are highly spin-polarized to the right is kept low. Therefore, no spin current flows in the chiral material layer 2 between the electrodes 4a and 3b (J s =0). Further, in the chiral substance layer 2 immediately below the spin detection layer 5b, the electrons spin-polarized in the left direction have a high potential and the electrons spin-polarized in the right direction have a low potential, so that a voltage is generated in the spin detection layer 5b ( V xy is negative).

図１３には、入力部６ａ、６ｂからの入力信号により図９に示した状態（状態Ｉ）、図１０に示した状態（状態II）、図１１に示した状態（状態III）、図１２に示した状態（状態IV）を切り替え、出力信号をスピン流Ｊs又はスピン検出層５ｂに生じる電圧Ｖxyとしたときの出力信号のタイムチャートを示している。
このように、図８に示したようなキラル物質装置２０は３値動作デバイスとして機能させることができる。また、キラル物質装置２０は、出力値を絶対値として２値動作デバイスとして機能させることもできる。 13 shows the state (state I) shown in FIG. 9, the state (state II) shown in FIG. 10, the state (state III) shown in FIG. 11, and the state (state III) shown in FIG. 2 is a time chart of the output signal when switching the state (state IV ) shown in FIG .
Thus, a chiral material device 20 such as that shown in FIG. 8 can function as a ternary operating device. The chiral material device 20 can also function as a binary operating device with the output value as an absolute value.

図１４は、本実施形態のキラル物質装置２０の概略斜視図である。このように電圧印加用電極３、４とスピン検出層５とを交互に並べてキラル物質層２上に配置することができる。このことにより、キラル物質装置２０をアレイ化することができる。また、デバイス動作する領域を任意に選択することができる。また、キラル物質装置２０を冗長化することができる。また、キラル物質装置２０を再構成することが可能になる。 FIG. 14 is a schematic perspective view of the chiral material device 20 of this embodiment. In this manner, the voltage applying electrodes 3 and 4 and the spin detection layer 5 can be arranged alternately on the chiral substance layer 2 . This allows the chiral material device 20 to be arrayed. Moreover, the region in which the device operates can be arbitrarily selected. Moreover, the chiral substance device 20 can be made redundant. It also makes it possible to reconfigure the chiral material device 20 .

第１キラリティ検出実験
キラル物質層をキラル物質であるCrNb3S6として図１のような装置Ａを作製した。また、装置Ａには、キラル物質層のｘ方向の電圧を測定する電圧検出用電極も設けた。CrNb3S6には、16.9μｍ×9.5μｍ×500ｎｍの単結晶を用いた。CrNb3S6のｃ軸（らせん軸）はｘ方向となるようにCrNb3S6を配置した。また、スピン検出層は、2μｍ×9.5μｍ×25ｎｍのＰｔ層とした。Ｐｔ層の抵抗率は450μΩｃｍであり、CrNb3S6単結晶の抵抗率は650μΩｃｍであった。
作製した装置Ａの写真を図１５に示す。配線（１）（２）が電圧印加用電極でありCrNb3S6単結晶のｘ方向に電圧を印加する電極である。配線（５）（６）が電圧検出用電極でありCrNb3S6単結晶のｘ方向の電圧を検出する電極である。配線（４）（８）は、Ｐｔ層の端部に接続し、Ｐｔ層のｙ方向の電圧を検出する電極である。 1st Chirality Detection Experiment An apparatus A as shown in FIG. 1 was prepared using a chiral substance CrNb 3 S 6 as the chiral substance layer. The device A was also provided with voltage detection electrodes for measuring the voltage of the chiral substance layer in the x direction. A single crystal of 16.9 μm×9.5 μm×500 nm was used for CrNb 3 S 6 . CrNb 3 S 6 was arranged so that the c axis (helical axis) of CrNb 3 S 6 was in the x direction. The spin detection layer was a Pt layer of 2 μm×9.5 μm×25 nm. The resistivity of the Pt layer was 450 μΩcm and that of the CrNb 3 S 6 single crystal was 650 μΩcm.
A photograph of the manufactured device A is shown in FIG. Wirings (1) and (2) are electrodes for voltage application, which are electrodes for applying a voltage in the x-direction of the CrNb 3 S 6 single crystal. Wirings (5) and (6) are electrodes for voltage detection, which are electrodes for detecting the voltage in the x direction of the CrNb 3 S 6 single crystal. The wires (4) and (8) are electrodes connected to the ends of the Pt layer and detecting the voltage of the Pt layer in the y direction.

キラル物質層に相当する層を非キラル物質であるＷＣ（タングステンカーバイト）として図１のような装置Ｂを作製した。また、装置Ｂには、ＷＣ層のｘ方向の電圧を測定する電圧検出用電極も設けた。ＷＣには、16.4μｍ×8.4μｍ×40ｎｍのサイズのものを用いた。また、スピン検出層は、2μｍ×8.4μｍ×25ｎｍのＰｔ層とした。Ｐｔ層の抵抗率は450μΩｃｍであり、ＷＣの抵抗率は530μΩｃｍである。
作製した装置Ｂの写真を図１６に示す。配線（１）（２）が電圧印加用電極でありＷＣのｘ方向に電圧を印加する電極である。配線（４）（５）が電圧検出用電極でありＷＣのｘ方向の電圧を検出する電極である。配線（３）（６）は、Ｐｔ層の端部に接続し、Ｐｔ層のｙ方向の電圧を検出する電極である。 A device B as shown in FIG. 1 was fabricated by using WC (tungsten carbide), which is a non-chiral material, as a layer corresponding to the chiral material layer. Apparatus B was also provided with voltage detection electrodes for measuring the voltage of the WC layer in the x direction. The WC used had a size of 16.4 μm×8.4 μm×40 nm. The spin detection layer was a Pt layer of 2 μm×8.4 μm×25 nm. The resistivity of the Pt layer is 450 μΩcm and that of the WC is 530 μΩcm.
A photograph of the manufactured device B is shown in FIG. The wirings (1) and (2) are electrodes for voltage application, and are electrodes for applying a voltage in the x direction of the WC. The wirings (4) and (5) are voltage detection electrodes that detect the voltage of the WC in the x direction. The wires (3) and (6) are electrodes connected to the ends of the Pt layer and detecting the voltage of the Pt layer in the y direction.

装置ＡのCrNb3S6単結晶に流れる電流（（１）→（２））が－５ｍＡから５ｍＡとなるように配線（１）（２）の間に印加する電圧を変化させて配線（５）（６）間の電圧Ｖxx（CrNb3S6単結晶のｘ方向の電圧）及び配線（４）（８）間の電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。また、測定値からCrNb3S6単結晶の抵抗値Ｒxx及びＰｔ層の抵抗値Ｒxyを算出した。
CrNb3S6単結晶を流れる電流が配線（１）から配線（２）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（２）から配線（１）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖxxは、配線（５）の電位が配線（６）の電位より高いときにプラスの電圧とした。電圧Ｖxyは、配線（４）の電位（CrNb3S6にプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（８）の電位（CrNb3S6にプラス電流が流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 The voltage applied between the wirings (1) and (2) was changed so that the current ((1)→(2)) flowing through the CrNb 3 S 6 single crystal of the device A was -5 mA to 5 mA. ) and (6) (the voltage in the x direction of the CrNb 3 S 6 single crystal) and the voltage V xy (the voltage in the y direction of the Pt layer) between the wirings (4) and (8) were measured. Also , the resistance value Rxx of the CrNb3S6 single crystal and the resistance value Rxy of the Pt layer were calculated from the measured values.
The current value when the current flowing through the CrNb 3 S 6 single crystal flows from the wiring (1) to the wiring (2) is positive, and the current value when the current flows from the wiring (2) to the wiring (1) is negative. . The voltage Vxx is a positive voltage when the potential of the wiring (5) is higher than the potential of the wiring (6). The voltage V xy is such that the potential of the wiring (4) (on the right side when facing the direction of positive current flow through CrNb 3 S 6 ) is the potential of the wiring (8) (on the left side when facing the direction of positive current flow through CrNb 3 S 6 ). ), the voltage was positive.

装置ＢのＷＣに流れる電流（（１）→（２））が－５ｍＡから５ｍＡとなるように配線（１）（２）の間に印加する電圧を変化させて配線（４）（５）間の電圧Ｖxx（ＷＣのｘ方向の電圧）及び配線（３）（６）間の電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。また、測定値からＷＣの抵抗値Ｒxx及びＰｔ層の抵抗値Ｒxyを算出した。
ＷＣを流れる電流が配線（１）から配線（２）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（２）から配線（１）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖxxは、配線（４）の電位が配線（５）の電位より高いときにプラスの電圧とした。電圧Ｖxyは、配線（３）の電位（ＷＣにプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（６）の電位（ＷＣにプラスの電流の流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 The voltage applied between the wires (1) and (2) is changed so that the current ((1) → (2)) flowing through the WC of the device B is changed from -5 mA to 5 mA. voltage V xx (voltage in x direction of WC) and voltage V xy between wires (3) and (6) (voltage in y direction of Pt layer) were measured. Also, the resistance value Rxx of the WC and the resistance value Rxy of the Pt layer were calculated from the measured values.
The current value when the current flowing through the WC flows from the wire (1) to the wire (2) is positive, and the current value when the current flows from the wire (2) to the wire (1) is negative. The voltage Vxx is a positive voltage when the potential of the wiring (4) is higher than the potential of the wiring (5). The voltage V xy is when the potential of the wiring (3) (on the right side when facing the direction of positive current flow through WC) is higher than the potential of the wiring (6) (on the left side when facing the direction of positive current flow through WC). is a positive voltage.

横方向の測定電圧値Ｖxxの変化を示すグラフを図１７（ａ）に示し、算出された抵抗値Ｒxxの変化を示すグラフを図１７（ｂ）に示す。装置Ａ、ＢのいずれでもＶxxは、配線（１）（２）間に印加する電圧に応じて変化した。また、Ｒxxは一定であった。
Ｐｔ層の縦方向の測定電圧値Ｖxyの変化を示すグラフを図１８（ａ）に示し、算出された抵抗値Ｒxyの変化を示すグラフを図１８（ｂ）に示す。装置Ｂ（ＷＣ）ではＶxyは出力されずＲxyはゼロであったのに対し、装置Ａ（CrNb3S6）では、CrNb3S6にプラスの電流が流れるように電圧が印加するとＰｔ層にプラスの電圧Ｖxyが生じ、CrNb3S6にマイナスの電流が流れるように電圧が印加するとＰｔ層にマイナスの電圧Ｖxyが生じた。電圧Ｖxyと、CrNb3S6に流れる電流Ｉとは比例関係にあった。また、作製した装置ＡにおいてＲxyはCrNb3S6に流す電流Ｉが大きくなるほど少しずつ大きくなりやや非線形な振舞いを示した。 FIG. 17(a) shows a graph showing changes in the lateral measured voltage value Vxx , and FIG. 17(b) shows a graph showing changes in the calculated resistance value Rxx . In both devices A and B, Vxx changed according to the voltage applied between wires (1) and (2). Also, Rxx was constant.
FIG. 18(a) shows a graph showing changes in the measured voltage value V xy in the vertical direction of the Pt layer, and FIG. 18(b) shows a graph showing changes in the calculated resistance value R xy . In device B ( WC ) , no V xy was output and R xy was zero, whereas in device A (CrNb 3 S 6 ), Pt A negative voltage V xy was produced in the Pt layer when a voltage was applied such that a positive voltage V xy was produced in the layer and a negative current flowed through the CrNb 3 S 6 . There was a proportional relationship between the voltage V xy and the current I flowing through the CrNb 3 S 6 . Further, in the manufactured device A, Rxy gradually increased as the current I applied to the CrNb 3 S 6 increased, exhibiting slightly nonlinear behavior.

従って、キラル物質層に電流を流すとスピン検出層であるＰｔ層に電圧が生じることがわかった。このことから、キラル物質層に電流を流しスピン検出層に電圧が生じるか否かを調べることにより、キラル物質か否かを判別することができることがわかった。
スピン検出層に電圧が生じた理由は、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果によりキラル物質にスピン偏極状態が生じ、このスピン偏極状態が、逆スピンホール効果によりスピン軌道相互作用が大きい物質であるＰｔ（スピン検出層）の電荷流に変換され電圧が生じたためと考えられる。 Therefore, it was found that when a current is passed through the chiral substance layer, a voltage is generated in the Pt layer, which is the spin detection layer. From this, it was found that whether or not the chiral substance is a chiral substance can be determined by applying a current to the chiral substance layer and examining whether or not a voltage is generated in the spin detection layer.
The reason why the voltage was generated in the spin detection layer is that the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect causes a spin-polarized state in the chiral substance, and this spin-polarized state is a substance with a large spin-orbit interaction due to the inverse spin Hall effect. is converted into a charge flow of Pt (spin detection layer) to generate a voltage.

次に、装置Ａを用いて電圧印加電極を変更して電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。具体的には、図１９（ａ）に示した実線矢印のように配線（５）と配線（２）との間に電流を流した際の配線（４）（８）間の電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。また、図１９（ａ）に示した点線矢印のように配線（６）と配線（２）との間に電流を流した際の配線（４）（８）間の電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。電圧ＶxyからＰｔ層の抵抗値Ｒxyを算出した。
なお、印加電圧電極間の距離（CrNb3S6単結晶における電流が流れる距離）は、実線矢印のほうが点線矢印よりも長い。また、電流Ｉのプラス・マイナス及び電圧Ｖxyのプラス・マイナスは、上述の装置Ａを用いた測定と同じである。 Next, the voltage V xy (the voltage of the Pt layer in the y direction) was measured by changing the voltage applying electrode using the apparatus A. Specifically, the voltage V xy ( y-direction voltage of the Pt layer) was measured. Also, the voltage V xy between the wirings (4) and (8) when a current is passed between the wiring (6) and the wiring (2) as indicated by the dotted arrow in FIG. voltage in the y-direction) was measured. A resistance value Rxy of the Pt layer was calculated from the voltage Vxy .
The distance between the applied voltage electrodes (the distance through which the current flows in the CrNb 3 S 6 single crystal) is longer with the solid line arrow than with the dotted line arrow. Also, the plus/minus of the current I and the plus/minus of the voltage Vxy are the same as in the measurement using the apparatus A described above.

図１９（ｂ）は電圧Ｖxyの変化を示すグラフであり、図１９（ｃ）は抵抗値Ｒxyの変化を示すグラフである。電圧Ｖxyは、図１８（ａ）の装置Ａでの測定結果と同様に、CrNb3S6にプラスの電流が流れるように電圧が印加するとＰｔ層にプラスの電圧Ｖxyが生じ、CrNb3S6にマイナスの電流が流れるように電圧が印加するとＰｔ層にマイナスの電圧Ｖxyが生じた。 FIG. 19(b) is a graph showing changes in the voltage Vxy , and FIG. 19(c) is a graph showing changes in the resistance value Rxy . As for the voltage Vxy , when a voltage is applied so that a positive current flows through CrNb 3 S 6 , a positive voltage Vxy is generated in the Pt layer, and CrNb 3 A negative voltage V xy was produced across the Pt layer when a voltage was applied to cause a negative current to flow through S 6 .

従って、スピン検出層であるＰｔ層を印加電圧用電極の間に配置していない場合でもスピン検出層に電圧が生じることがわかった。
キラル物質の電流が流れていない領域に接触するように設けたスピン検出層に電圧が生じる理由としては、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果によりキラル物質に生じるスピン偏極状態は、キラル物質の電流が流れていない部分のスピン偏極を引き起こすと考えられる。この引き起こされたスピン偏極が逆スピンホール効果によりＰｔ（スピン検出層）の電荷流に変換され電圧が生じたと考えられる。距離依存性はあるものの、比較的長い距離に渡って 起電力が検出可能であることがわかった。具体的には、数μm 程度の検出に加えて 10mm 程度の距離まで信号を検出している。 Therefore, it was found that a voltage is generated in the spin detection layer even when the Pt layer, which is the spin detection layer, is not arranged between the electrodes for applied voltage.
The reason why the voltage is generated in the spin detection layer provided so as to be in contact with the region of the chiral substance where no current flows is that the spin polarized state generated in the chiral substance by the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect is It is thought to cause spin polarization in the portion where no current is flowing. It is considered that the induced spin polarization was converted into a charge flow of Pt (spin detection layer) by the inverse spin Hall effect, and a voltage was generated. It was found that the electromotive force can be detected over a relatively long distance, although there is distance dependence. Specifically, in addition to the detection of several micrometers, signals are detected up to a distance of about 10mm.

キラリティ判別実験
スピン検出層に生じる電圧からキラル物質層に含まれるキラル物質の左手系と右手系を判別できるかどうかを確かめる実験を行った。
左手系のキラル物質にはCrSi2（Ｐ６4２２（Ｄ6 5））のバルク多結晶を用いた。CrSi2は、左巻きらせんの原子配列を有する結晶構造を有する。多結晶中のらせん軸の向きはバラバラである（無配向試料）。
図２０（ａ）にキラル物質層にCrSi2バルク多結晶を用いて作製した装置Ｃの写真を示す。CrSi2バルク多結晶の両端には電圧印加用電極である配線（１）（２）を設けている。配線（１）（２）の間には、２つのＰｔ層を設け、左側のＰｔ層の両端に配線（３）（５）を接続し、右側のＰｔ層の両端に配線（４）（６）を接続した。 Chirality Discrimination Experiment An experiment was conducted to confirm whether left-handed and right-handed chiral substances contained in the chiral substance layer can be discriminated from the voltage generated in the spin detection layer.
Bulk polycrystals of CrSi 2 (P6 4 22 (D 6 5 )) were used as the left-handed chiral material. CrSi2 has a crystal structure with a left-handed helical atomic arrangement. The directions of the helical axes in the polycrystal are random (non-oriented sample).
FIG. 20(a) shows a photograph of device C fabricated using CrSi 2 bulk polycrystal for the chiral material layer. Wirings (1) and (2), which are electrodes for voltage application, are provided at both ends of the CrSi 2 bulk polycrystal. Two Pt layers are provided between the wirings (1) and (2), the wirings (3) and (5) are connected to both ends of the left Pt layer, and the wirings (4) and (6) are connected to both ends of the right Pt layer. ) was connected.

装置ＣのCrSi2バルク多結晶に流れる電流（（１）→（２））が－２１ｍＡから２１ｍＡとなるように配線（１）（２）の間に印加する電圧を変化させて配線（３）（４）間の電圧Ｖxx（CrSi2バルク多結晶のｘ方向の電圧）及び配線（４）（６）間の電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。
CrSi2バルク多結晶を流れる電流が配線（１）から配線（２）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（２）から配線（１）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖxxは、配線（３）の電位が配線（４）の電位より高いときにプラスの電圧とした。電圧Ｖxyは、配線（４）の電位（CrSi2バルク多結晶にプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（６）の電位（CrSi2バルク多結晶にプラスの電流が流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 The voltage applied between the wirings (1) and (2) was changed so that the current ((1) → (2)) flowing through the CrSi 2 bulk polycrystal of the device C was -21 mA to 21 mA, and the wiring (3) was changed. The voltage V xx between (4) (the voltage in the x direction of the CrSi 2 bulk poly) and the voltage V xy between the wires (4) and (6) (the voltage in the y direction of the Pt layer) were measured.
The value of the current flowing through the CrSi 2 bulk poly crystal was positive when it flowed from wire (1) to wire (2), and negative when the current flowed from wire (2) to wire (1). The voltage Vxx is a positive voltage when the potential of the wiring (3) is higher than the potential of the wiring (4). The voltage V xy is such that the potential of wire (4) (on the right when facing the direction of positive current flow in the CrSi2 bulk polycrystal) is the same as the potential of wire (6) (on the right side when facing the direction of positive current flow in the CrSi2 bulk polycrystal). When it is higher than the left side), it is regarded as a positive voltage.

ｘ方向の測定電圧値Ｖxxの変化を示すグラフを図２０（ｂ）に示し、Ｐｔ層のｙ方向の測定電圧値Ｖxyの変化を示すグラフを図２０（ｃ）に示す。電圧値Ｖxxは、配線（１）（２）間に印加する電圧に応じて変化した。電圧値Ｖxyは、CrSi2バルク多結晶にプラスの電流が流れるように電圧が印加されるとマイナスの電圧となり、CrSi2バルク多結晶にマイナスの電流が流れるように電圧が印加されるとプラスの電圧となった。電圧Ｖxyと、CrSi2バルク多結晶に流れる電流Ｉとは比例定数がマイナスの比例関係にあった。 A graph showing changes in the measured voltage value Vxx in the x direction is shown in FIG. 20(b), and a graph showing changes in the measured voltage value Vxy in the y direction of the Pt layer is shown in FIG. 20(c). The voltage value Vxx changed according to the voltage applied between the wirings (1) and (2). The voltage value V xy becomes negative when a voltage is applied to cause a positive current to flow through the CrSi2 bulk polycrystal, and becomes positive when a voltage is applied to cause a negative current to flow through the CrSi2 bulk polycrystal. voltage. The voltage V xy and the current I flowing through the CrSi 2 bulk polycrystal had a negative proportionality constant.

右手系のキラル物質にはNbSi2（Ｐ６4２２（Ｄ6 4））のバルク多結晶を用いた。NbSi2は、右巻きらせんの原子配列を有する結晶構造を有する。多結晶中のらせん軸の向きはバラバラである（無配向試料）。
図２１（ａ）にキラル物質層にNbSi2バルク多結晶を用いて作製した装置Ｄの写真を示す。NbSi2バルク多結晶の両端には電圧印加用電極である配線（１）（２）を設けている。配線（１）（２）の間には、２つのＰｔ層を設け、左側のＰｔ層の両端に配線（３）（５）を接続し、右側のＰｔ層の両端に配線（４）（６）を接続した。 A bulk polycrystal of NbSi 2 (P6 4 22 (D 6 4 )) was used as the right-handed chiral material. NbSi2 has a crystal structure with a right-handed helical atomic arrangement. The directions of the helical axes in the polycrystal are random (non-oriented sample).
FIG. 21(a) shows a photograph of device D fabricated using NbSi 2 bulk polycrystal for the chiral material layer. Wirings (1) and (2), which are electrodes for voltage application, are provided at both ends of the NbSi 2 bulk polycrystal. Two Pt layers are provided between the wirings (1) and (2), the wirings (3) and (5) are connected to both ends of the left Pt layer, and the wirings (4) and (6) are connected to both ends of the right Pt layer. ) was connected.

装置ＤのNbSi2バルク多結晶に流れる電流（（１）→（２））が－２１ｍＡから２１ｍＡとなるように配線（１）（２）の間に印加する電圧を変化させて配線（５）（６）間の電圧Ｖxx（NbSi2バルク多結晶のｘ方向の電圧）及び配線（４）（６）間の電圧Ｖxy（Ｐｔ層のｙ方向の電圧）を測定した。
NbSi2バルク多結晶を流れる電流が配線（１）から配線（２）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（２）から配線（１）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖxxは、配線（５）の電位が配線（６）の電位より高いときにプラスの電圧とした。電圧Ｖxyは、配線（４）の電位（NbSi2バルク多結晶にプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（６）の電位（NbSi2バルク多結晶にプラスの電流が流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 The voltage applied between the wirings (1) and (2) was changed so that the current ((1) → (2)) flowing through the NbSi 2 bulk polycrystal of the device D was -21 mA to 21 mA, and the wiring (5) was changed. The voltage V xx between (6) (the voltage in the x direction of the NbSi 2 bulk polycrystal) and the voltage V xy between the wires (4) and (6) (the voltage in the y direction of the Pt layer) were measured.
The current value when the current flowing through the NbSi2 bulk polycrystal flows from wire (1) to wire (2) is positive, and the current value when the current flows from wire (2) to wire (1) is negative. The voltage Vxx is a positive voltage when the potential of the wiring (5) is higher than the potential of the wiring (6). The voltage V xy is such that the potential of the wire (4) (on the right side when facing the direction of positive current flow in the NbSi2 bulk polycrystal) is the potential of the wire (6) (in the direction of positive current flow in the NbSi2 bulk polycrystal). When it is higher than the left side), it is regarded as a positive voltage.

ｘ方向の測定電圧値Ｖxxの変化を示すグラフを図２１（ｂ）に示し、Ｐｔ層のｙ方向の測定電圧値Ｖxyの変化を示すグラフを図２１（ｃ）に示す。電圧値Ｖxxは、配線（１）（２）間に印加する電圧に応じて変化した。電圧値Ｖxyは、NbSi2バルク多結晶にプラスの電流が流れるように電圧が印加されるとプラスの電圧となり、NbSi2バルク多結晶にマイナスの電流が流れるように電圧が印加されるとマイナスの電圧となった。電圧Ｖxyと、NbSi2バルク多結晶に流れる電流Ｉとは比例定数がプラスの比例関係にあった。 A graph showing changes in the measured voltage value Vxx in the x direction is shown in FIG. 21(b), and a graph showing changes in the measured voltage value Vxy in the y direction of the Pt layer is shown in FIG. 21(c). The voltage value Vxx changed according to the voltage applied between the wirings (1) and (2). The voltage value V xy becomes positive when a voltage is applied to cause a positive current to flow through the NbSi2 bulk polycrystal, and becomes negative when a voltage is applied to cause a negative current to flow through the NbSi2 bulk polycrystal. voltage. The voltage V xy and the current I flowing through the NbSi 2 bulk polycrystal had a positive proportionality relation.

これらの実験から右手系キラル物質を用いた装置のスピン検出層に生じる電圧の向きは、左手系キラル物質を用いた装置のスピン検出層に生じる電圧の向きと逆であることがわかった。このことから、キラル物質層に電流を流しスピン検出層に生じる電圧の向きを調べることにより、キラル物質を右手系か左手系かを判別することができることがわかった。
スピン検出層に生じる電圧の向きが逆になる理由としては、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果によりキラル物質のスピン偏極状態の偏極方向が、右手系と左手系とで逆になると考えられる。このため、逆スピンホール効果によりスピン流が変換されて生じるスピン検出層の電圧の向きも、右手系と左手系とで逆になると考えられる。 From these experiments, it was found that the direction of the voltage generated in the spin detection layer of devices using right-handed chiral materials is opposite to the direction of the voltage generated in the spin detection layers of devices using left-handed chiral materials. From this, it was found that it is possible to determine whether the chiral substance is right-handed or left-handed by examining the direction of the voltage generated in the spin detection layer by applying a current to the chiral substance layer.
The reason why the direction of the voltage generated in the spin detection layer is reversed is that the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect causes the polarization direction of the spin-polarized state of the chiral substance to be reversed between right-handed and left-handed systems. be done. Therefore, it is considered that the direction of the voltage in the spin detection layer generated by the conversion of the spin current by the inverse spin Hall effect is also opposite between the right-handed system and the left-handed system.

無配向試料である多結晶キラル物質を用いた装置Ｃ、Ｄでも、スピン検出層に電圧が生じたことから、スピン検出層で生じる電圧の向きは、スピン軸の向きに関わらずキラル物質が右手系か左手系かで決まることがわかった。従って、ＣＩＳＳ効果は、キラル物質の分子レベル（又は結晶レベル）で成立することがわかった。このことから、溶液中のキラル物質、キラル物質である液晶、キラル物質である絶縁体でも同様に右手系か左手系かを判別することができると考えられる。 In devices C and D using polycrystalline chiral materials, which are non-oriented samples, a voltage was generated in the spin detection layer. It turns out that it is determined by whether it is a left-handed system or a left-handed system. Therefore, it was found that the CISS effect is established at the molecular level (or crystal level) of the chiral substance. From this, it is considered that chiral substances in solutions, liquid crystals that are chiral substances, and insulators that are chiral substances can also be similarly discriminated as to whether they are right-handed or left-handed.

第２キラリティ検出実験
上述の第１キラリティ検出実験及びキラリティ判別実験では、キラル物質層に導電体を用いたが、第２キラリティ検出実験ではキラル物質層に絶縁体である左水晶と右水晶を用いて実験を行った。左水晶は、結晶構造に左巻きのらせんの原子配列を有する左手系のキラル物質であり、右水晶は、結晶構造に右巻きのらせんの原子配列を有する右手系のキラル物質である。なお、水晶は絶縁体であるため、キラル物質には電流は流れない。そこで、ＣＩＳＳ効果の逆効果を用いて測定を行った。つまり、Ｐｔ層の両端に電圧を印加し、キラル物質に発生する電圧を検出する。 Second chirality detection experiment In the first chirality detection experiment and the chirality discrimination experiment, a conductor was used for the chiral substance layer, but in the second chirality detection experiment, left crystal and right crystal, which are insulators, were used for the chiral substance layer. experiment. Left-handed quartz is a left-handed chiral substance with a left-handed helical atomic arrangement in its crystal structure, and right-handed quartz is a right-handed chiral substance with a right-handed helical atomic arrangement in its crystal structure. Since crystal is an insulator, current does not flow through chiral substances. Therefore, measurements were made using the reverse effect of the CISS effect. That is, a voltage is applied across the Pt layer and the voltage generated in the chiral substance is detected.

図２２（ａ）に左水晶を用いて作製した装置Ｅの写真を示す。左水晶の両端には電圧検出用電極である配線（１）（２）を設けている。配線（１）（２）の間にＰｔ層（スピン検出層）を設け、Ｐｔ層の両端に配線（３）（４）を接続した。このＰｔ層は第１キラリティ検出実験ではスピン検出層として機能したが、逆効果を用いる第２キラリティ検出実験では、電圧印加用電極として機能する。
配線（３）（４）を用いてＰｔ層に印加する電圧（パルス電圧）を変化させて配線（１）（２）間の電圧Ｖyx（水晶のｘ方向の電圧）を測定した。
Pt層を流れる電流が配線（３）から配線（４）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（４）から配線（３）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖyxは、配線（１）の電位（Pt層にプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（２）の電位（Pt層にプラス電流が流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 FIG. 22(a) shows a photograph of device E fabricated using the left crystal. Wirings (1) and (2), which are electrodes for voltage detection, are provided at both ends of the left crystal. A Pt layer (spin detection layer) was provided between the wirings (1) and (2), and the wirings (3) and (4) were connected to both ends of the Pt layer. This Pt layer functions as a spin detection layer in the first chirality detection experiment, but functions as a voltage application electrode in the second chirality detection experiment using the opposite effect.
The voltage (pulse voltage) applied to the Pt layer was changed using the wires (3) and (4), and the voltage V yx (the voltage in the x direction of the crystal) between the wires (1) and (2) was measured.
The current value when the current flowing through the Pt layer flows from the wiring (3) to the wiring (4) is positive, and the current value when the current flows from the wiring (4) to the wiring (3) is negative. The voltage V yx is such that the potential of the wiring (1) (on the right side when facing the direction of positive current flow through the Pt layer) is higher than the potential of the wiring (2) (on the left side when facing the direction of positive current flow through the Pt layer). Sometimes positive voltage.

水晶のｘ方向の測定電圧値Ｖyxの変化を示すグラフを図２２（ｂ）に示す。図２２（ｂ）ではＰｔ層に印加する電圧を電流値Ｉ（ｍＡ）で示している。
配線（３）（４）に印加する電圧を変化させると、水晶に電圧が生じた。また、左水晶に発生する測定電圧値Ｖyxと、Ｐｔ層に印加する電圧とは比例定数がマイナスの比例関係にあった。このように電圧値Ｖyxの変化傾向は、第１キラリティ検出実験及びキラリティ判別実験と同様であった。 FIG. 22(b) shows a graph showing changes in the measured voltage value Vyx in the x-direction of the crystal. In FIG. 22(b), the voltage applied to the Pt layer is indicated by the current value I (mA).
Varying the voltage applied to wires (3) and (4) produced a voltage across the crystal. Also, the measured voltage value Vyx generated in the left crystal and the voltage applied to the Pt layer had a negative proportionality constant. Thus, the change tendency of the voltage value Vyx was the same as in the first chirality detection experiment and the chirality discrimination experiment.

図２３（ａ）に右水晶を用いて作製した装置Ｆの写真を示す。右水晶の両端には電圧検出用電極である配線（１）（２）を設けている。配線（１）（２）の間にＰｔ層を設け、Ｐｔ層の両端に配線（３）（４）を接続した。このＰｔ層は第１キラリティ検出実験ではスピン検出層として機能したが、逆効果を用いる場合は、電圧印加用電極として機能する。
配線（３）（４）を用いてＰｔ層に印加する電圧（パルス電圧）を変化させて配線（１）（２）間の電圧Ｖyx（水晶のx方向の電圧）を測定した。
Pt層を流れる電流が配線（３）から配線（４）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（４）から配線（３）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖyxは、配線（１）の電位（Pt層にプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（２）の電位（Pt層にプラス電流が流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 FIG. 23(a) shows a photograph of device F fabricated using the right crystal. Wirings (1) and (2), which are electrodes for voltage detection, are provided at both ends of the right crystal. A Pt layer was provided between the wirings (1) and (2), and the wirings (3) and (4) were connected to both ends of the Pt layer. This Pt layer functions as a spin detection layer in the first chirality detection experiment, but functions as a voltage application electrode when using the opposite effect.
The voltage (pulse voltage) applied to the Pt layer was changed using the wires (3) and (4), and the voltage V yx (the voltage in the x direction of the crystal) between the wires (1) and (2) was measured.
The current value when the current flowing through the Pt layer flows from the wiring (3) to the wiring (4) is positive, and the current value when the current flows from the wiring (4) to the wiring (3) is negative. The voltage V yx is such that the potential of the wiring (1) (on the right side when facing the direction of positive current flow through the Pt layer) is higher than the potential of the wiring (2) (on the left side when facing the direction of positive current flow through the Pt layer). Sometimes positive voltage.

右水晶のx方向の測定電圧値Ｖyxの変化を示すグラフを図２３（ｂ）に示す。図２３（ｂ）ではPt層に印加する電圧を電流値Ｉ（ｍＡ）で示している。
配線（３）（４）に印加する電圧を変化させると、水晶に起電力が生じた。また、右水晶に発生する測定電圧値Ｖyxと、Pt層に印加する電圧とは比例定数がプラスの比例関係にあった。このように電圧値Ｖyxの変化傾向は、第１キラリティ検出実験及びキラリティ判別実験と同様であった。 FIG. 23(b) shows a graph showing changes in the measured voltage value Vyx in the x direction of the right crystal. In FIG. 23(b), the voltage applied to the Pt layer is indicated by the current value I (mA).
When the voltage applied to the wirings (3) and (4) was changed, an electromotive force was generated in the crystal. Also, the measured voltage value Vyx generated in the right crystal and the voltage applied to the Pt layer had a positive proportionality constant. Thus, the change tendency of the voltage value Vyx was the same as in the first chirality detection experiment and the chirality discrimination experiment.

装置Ｅと装置Ｆにおける実験結果から、キラル物質に生じる電圧の向きを調べることにより、絶縁体であるキラル物質層が右手系か左手系かであるかを判別することができることがわかった。
絶縁体であるキラル物質層を用いた装置Ｅと装置Ｆのキラル物質に電圧が生じる理由は、次のように考えられる。Pt層に電圧を印加した場合、スピンホール効果によりスピン流がPt層からキラル物質に注入され、キラル物質にスピン偏極が生じる。このキラル物質のスピン偏極は、キラリティ誘起スピン選択性（ＣＩＳＳ）効果の逆効果により、キラル物質中に電圧を生じさせると考えられる。 From the results of the experiments in Apparatuses E and F, it was found that it is possible to determine whether the chiral material layer, which is an insulator, is right-handed or left-handed by examining the direction of the voltage generated in the chiral material.
The reason why the voltage is generated in the chiral substances of the device E and the device F using the chiral substance layer which is an insulator is considered as follows. When a voltage is applied to the Pt layer, a spin current is injected from the Pt layer into the chiral material due to the spin Hall effect, resulting in spin polarization in the chiral material. This spin polarization of the chiral material is believed to induce a voltage in the chiral material due to the opposite effect of the chirality-induced spin selectivity (CISS) effect.

スピントランジスタ動作実験
図２４（ａ）にNbSi2バルク多結晶を用いて作製した装置Ｇの写真を示す。NbSi2（Ｐ６4２２（Ｄ6 4））は右巻きらせんの原子配列を有する結晶構造を有する。NbSi2多結晶中のらせん軸の向きはバラバラである（無配向試料）。図８に示す装置を模して、NbSi2バルク多結晶の両端には電圧印加用電極である配線（１）（２）（５）（６）を設けている。配線（１）（５）と配線（６）（２）の組合せが両側の電圧印加用電極対として機能する。中央側に位置する配線（５）と配線（６）の間にはＰｔ層を設け、その両端に配線（３）（４）を接続した。 Spin Transistor Operation Experiment FIG. 24(a) shows a photograph of device G fabricated using NbSi 2 bulk polycrystal. NbSi2 ( P6422 ( D64 )) has a crystal structure with a right-handed helical atomic arrangement. The orientation of the helical axis in the NbSi2 polycrystal is random (non-oriented sample). Wirings (1), (2), (5), and (6), which are electrodes for voltage application, are provided at both ends of the NbSi 2 bulk polycrystal, simulating the device shown in FIG. A combination of the wirings (1), (5) and the wirings (6), (2) functions as a voltage application electrode pair on both sides. A Pt layer was provided between the wiring (5) and the wiring (6) located on the central side, and the wirings (3) and (4) were connected to both ends thereof.

バイアス電流Ｉbとして、装置Ｇの配線（６）（２）の間に印加する電圧を調整して、NbSi2に流れる電流値（（６）→（２））を固定する。バイアス電流一定の条件の下で、配線（１）（５）の間に印加する電圧を変化させてNbSi2に流れる電流（（１）→（５））を－２０ｍＡから２０ｍＡに変化させる。その際、配線（３）（４）間のＰｔ層に発生する電圧Ｖxy（NbSi2多結晶のｙ方向の電圧）を測定した。
NbSi2多結晶を流れる電流が配線（１）から配線（５）、また、配線（６）から配線（２）へ流れるときの電流値をプラスとし、電流が配線（５）から配線（１）、また、配線（２）から配線（６）へ流れるときの電流値をマイナスとした。電圧Ｖxyは配線（３）の電位（NbSi2にプラスの電流が流れる方向を向いて右側）が配線（４）の電位（NbSi2にプラス電流が流れる方向を向いて左側）よりも高いときにプラスの電圧とした。 As the bias current Ib , the voltage applied between the wirings (6) and (2) of the device G is adjusted to fix the current value ((6)→(2)) flowing through NbSi 2 . Under the condition that the bias current is constant, the voltage applied between the wires (1) and (5) is changed to change the current ((1)→(5)) flowing through the NbSi 2 from -20 mA to 20 mA. At that time, the voltage V xy (voltage in the y direction of NbSi 2 polycrystal) generated in the Pt layer between the wirings (3) and (4) was measured.
When the current flowing through the NbSi2 polycrystal flows from the wire (1) to the wire (5) and from the wire (6) to the wire (2), the current value is positive, and the current flows from the wire (5) to the wire (1). , and the current value when it flows from the wiring (2) to the wiring (6) is assumed to be negative. Voltage V xy is when the potential of wiring (3) (on the right side when facing the direction of positive current flow through NbSi2 ) is higher than the potential of wiring (4) (on the left side when facing the direction of positive current flow through NbSi2 ) is a positive voltage.

測定電圧値Ｖxyを示すグラフを図２４（ｂ）に示す。NbSi2の右側領域である配線（１）（５）の間に流れる電流に応じて、電圧値Ｖxyが変化する様子がわかる。変化率はプラス領域の方が大きく、非線形な振舞いを示している。また、バイアス電流を－３ｍＡ、０mA、＋３ｍＡと変化させると、電圧Ｖxy曲線は縦方向に平行移動する。
バイアス電流０mAでの電圧Ｖxy曲線を基準として、基準からの変化量を図２４（ｃ）に示す。電圧Ｖxyが配線（１）（５）の間に流れる電流に応じて線形に変化することがわかる。 A graph showing the measured voltage values V xy is shown in FIG. 24(b). It can be seen that the voltage value V xy changes according to the current flowing between the wirings (1) and (5), which are the regions on the right side of NbSi 2 . The rate of change is larger in the positive region, indicating nonlinear behavior. Also, when the bias current is changed to −3 mA, 0 mA, and +3 mA, the voltage V xy curve shifts in parallel in the vertical direction.
Using the voltage V xy curve at a bias current of 0 mA as a reference, the amount of change from the reference is shown in FIG. 24(c). It can be seen that the voltage V xy varies linearly according to the current flowing between the wirings (1) and (5).

従って、キラル物質層に複数の電圧印加用電極対を設けた装置Ｇでは、電圧印加用電極対に加える電圧の大きさ、つまり、電極間に流れる電流の大きさを調整すると、スピン検出層であるPt層に発生する電圧の大きさが変化することがわかった。特に、バイアス電流の符号を変えると測定電圧値Ｖxyの符号が変化する様子が見出された。つまり、バイアス電流を調整することで原点を通る電圧応答を得ることが可能である。この状況下ではスピン検出層に出力される電圧の大きさを電極間に流れる電流の大きさを用いて変調することができる。これらの振舞いは図１３に模式的に示したスピントランジスタ動作に対応している。 Therefore, in the device G in which a plurality of voltage-applying electrode pairs are provided in the chiral substance layer, when the magnitude of the voltage applied to the voltage-applying electrode pairs, that is, the magnitude of the current flowing between the electrodes, is adjusted, the spin detection layer It was found that the magnitude of the voltage generated in a certain Pt layer changes. In particular, it was found that changing the sign of the bias current changed the sign of the measured voltage value Vxy . In other words, it is possible to obtain a voltage response that passes through the origin by adjusting the bias current. Under this circumstance, the magnitude of the voltage output to the spin detection layer can be modulated using the magnitude of the current flowing between the electrodes. These behaviors correspond to the spin transistor operation schematically shown in FIG.

２：キラル物質層 ３、３ａ～３ｆ： 第１電圧印加用電極 ４、４ａ～４ｆ：第２電圧印加用電極 ５、５ａ～５ｅ：スピン検出層 ６、６ａ～６ｆ：入力部 ７：出力部 ８：電圧検出用電極 ２０：キラル物質装置 2: chiral substance layer 3, 3a to 3f: first voltage application electrode 4, 4a to 4f: second voltage application electrode 5, 5a to 5e: spin detection layer 6, 6a to 6f: input section 7: output section 8: voltage detection electrode 20: chiral substance device

Claims (4)

キラル物質層と、前記キラル物質層に第１電界を形成することができるように設けられた第１電極及び第２電極と、前記キラル物質層と接触するように設けられた第１スピン検出層とを備え、
第１スピン検出層は、第１及び第２電極と接触しないように設けられ、
第１及び第２電極は、第１及び第２電極のうち少なくとも一方が第１入力信号を入力するように設けられ、かつ、第１入力信号を入力することにより前記キラル物質層に第１電界を形成するように設けられ、
第１入力信号に応じて第１スピン検出層の第１電界を横切る方向に生じる電圧又は第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化することを特徴とするキラル物質装置。 A chiral material layer, a first electrode and a second electrode provided to form a first electric field in the chiral material layer, and a first spin detection layer provided to contact the chiral material layer. and
The first spin detection layer is provided so as not to contact the first and second electrodes,
The first and second electrodes are provided such that at least one of the first and second electrodes receives a first input signal, and a first electric field is applied to the chiral material layer by inputting the first input signal. provided to form a
A chiral material device, wherein a voltage generated across a first electric field in a first spin detection layer or a voltage generated between the first spin detection layer and the chiral material layer changes according to a first input signal. . 第１スピン検出層の材料は強磁性体であり、
第１入力信号に応じて第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化する請求項１に記載のキラル物質装置。 The material of the first spin detection layer is a ferromagnetic material,
2. The chiral material device of claim 1, wherein the voltage developed between the first spin detection layer and the chiral material layer varies in response to a first input signal. 前記キラル物質層に第１電界と平行な第２電界を形成することができるように設けられた第３電極及び第４電極をさらに備え、
第３及び第４電極は、第３及び第４電極のうち少なくとも一方が第２入力信号を入力するように設けられ、かつ、第２入力信号を入力することにより前記キラル物質層に第２電界を形成するように設けられ、
第１スピン検出層は、第１及び第２電極と第３及び第４電極との間に配置され、
第１及び第２入力信号に応じて第１スピン検出層の第１又は第２電界を横切る方向に生じる電圧又は第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化する請求項１又は２に記載のキラル物質装置。 further comprising a third electrode and a fourth electrode provided to form a second electric field parallel to the first electric field in the chiral material layer;
The third and fourth electrodes are provided such that at least one of the third and fourth electrodes receives a second input signal, and a second electric field is applied to the chiral material layer by inputting the second input signal. provided to form a
a first spin detection layer disposed between the first and second electrodes and the third and fourth electrodes;
3. A voltage generated across the first or second electric field in the first spin detection layer or a voltage generated between the first spin detection layer and the chiral material layer varies in response to the first and second input signals. 3. Chiral material device according to 1 or 2. 前記キラル物質層と接触するように設けられた第２スピン検出層をさらに備え、
第１及び第２スピン検出層は、第１及び第２電極と第３及び第４電極との間に並べて配置され、
第１及び第２入力信号に応じて、第１スピン検出層の第１又は第２電界を横切る方向に生じる電圧、第１スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧、第２スピン検出層の第１又は第２電界を横切る方向に生じる電圧又は第２スピン検出層と前記キラル物質層との間に生じる電圧が変化する請求項３に記載のキラル物質装置。 further comprising a second spin detection layer in contact with the chiral material layer;
the first and second spin detection layers are arranged side by side between the first and second electrodes and the third and fourth electrodes;
a voltage across the first or second electric field in the first spin detection layer, a voltage between the first spin detection layer and the chiral material layer, and a second spin in response to first and second input signals 4. A chiral material device according to claim 3, wherein the voltage developed across the first or second electric field in the sensing layer or the voltage developed between the second spin sensing layer and the chiral material layer is varied.
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