単位数: 2. 担当教員: 深見 俊輔, 池田 正二, 大塚 朋廣, 金井 駿. 開講年度: 2024. 開講言語: 日本語.
Google Classroomのクラスコードは工学研究科Webページ
https://www.eng.tohoku.ac.jp/edu/syllabus-g.html
（大学院シラバス・時間割・履修登録）にて確認すること。
1. 目的
本講義では、電子の電荷とスピン、及びそれらの状態の量子性を制御する素子を扱う。特に、学部教育に於いて学んだ物理(電磁気学、量子力学)にもとづき、電荷とスピンの二つの自由度を活用するスピン機能素子の動作原理とその応用について学ぶ。加えて、電子や光の量子状態を制御する量子機能素子とその応用を理解するために必要な基礎過程を学ぶ。これらの素子を実例に、次世代集積回路や量子コンピュータへの応用に向けた知識を習得する。
2. 概要
半導体・金属磁性体の材料物性、これらの積層構造・微細構造中のスピン輸送ダイナミクス、量子力学的コヒーレントダイナミクス等の基礎過程、それらを応用した機能素子について基礎から講義する。
3 達成目標等
スピントロニクスや量子エレクトロニクスの基礎過程とそれらを利用したスピン機能素子及び量子機能素子の動作原理について理解する。
The class code for Google Classroom can be found on the Web site of the School of Engineering:
https://www.eng.tohoku.ac.jp/english/academics/master.html (under "Timetable & Course Description")
授業にはGoogle Classroomを利用（oohsbc6）
1. Object
By utilizing two degrees of electrons, charge and spin, in solid state materials simultaneously, new functional devices can be developed. This research area is referred to as spintronics. In order to understand operational principles of spintronics devices for integrated circuits and quantum computers, the fundamental spin-related phenomena in various materials will be presented.
2. Description
The lecture covers spin properties of semiconductor and metallic magnets, spin transport and spin dynamics in semiconductor- and metal-based structures, as well as the basic of spintronics device operation.
3. Goal
Understand the basic spin-related phenomena in solid state physics and their application to the spintronics devices.
1. シュレディンガー方程式とスピン
2. 固体中のスピンと磁性
3. 磁性金属と磁気特性
4. 磁気異方性
5. 異方性磁気抵抗効果、巨大磁気抵抗効果
6. トンネル磁気抵抗効果
7. 電流誘起トルクと磁化ダイナミクス
8. 磁区構造と磁壁及びその運動
9. スピンオービトロニクス
10. 磁性の電界効果
11. 量子コンピューティング、量子暗号、量子通信
12. 半導体量子構造とスピン
13. スピンと量子状態操作
14. スピントロニクス集積回路
15. まとめ
1. Schrödinger equation and spin
2. Spin and magnetism in solid
3. Ferromagnetic metals and their properties
4. Magnetic anisotropy
5. Anisotropic magnetoresistance and giant magnetoresistance
6. Tunnel magnetoresistance
7. Current-induced torques and magnetization dynamics
8. Magnetic domain, domain walls and their motion
9. Spin-orbitronics
10. Electric-field effects on magnetism
11. Quantum computing, communication, and cryptography
12. Spin in semiconductor quantum structures
13. Manipulation of quantum state of spin
14. Spintronics integrated circuits
15. Summary
授業内容への理解を深めるため、到達目標や授業内容に応じた時間外学習が求められる。履修者が自ら主体的に計画と目標を立て、自律的に予習・復習に取り組むことを期待する。 期末にレポート課題を課す。
Students are required to devote some time out of the class in order to deepen the understanding according to the goal and contents of each class. Students are expected to voluntarily develop a plan and goals and to undertake preparatory and follow-up learning. Report assignment will be given at the end of the semester.
課題に対し、レポートを提出する (100%)
Term paper on assigned subjects (100%)
随時行いますが、事前に予約（s-fukami@riec.tohoku.ac.jp）をお願いします。
Making a reservation (s-fukami@riec.tohoku.ac.jp) in advance is recommended.
配布資料は英語
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