Extremely long quasiparticle spin lifetimes in superconducting aluminum using MgO tunnel spin injectors

MgOトンネルスピン注入素子を用いた超伝導アルミニウムにおける極度に長い準粒子スピン寿命

Yang, H.*; Yang, S.-H.*; 高橋 三郎; 前川 禎通; Parkin, S.*

Yang, H.*; Yang, S.-H.*; Takahashi, Saburo; Maekawa, Sadamichi; Parkin, S.*

スピントロニクスや量子計算のデバイスでは、近年、長寿命のスピン偏極キャリアの研究が盛んになっている。今回、超伝導状態のアルミニウムにおけるスピン偏極準粒子が驚くほど長いスピン寿命(常伝導状態のほぼ100万倍)を持つことを報告する。この寿命は、トンネルスピン注入素子を用いた測定により、アルミニウム層に蓄積したスピン偏極キャリアによる超伝導の抑制効果から決定される。小さい面内直交磁場の存在下で観測されたハンル効果は、長寿命のスピン偏極準粒子の存在と整合する。実験結果は、超伝導状態を臨界電流以下のわずかな電流によって大幅に変調可能であることを示しており、超伝導量子ビットを含めたデバイスなどへの応用が期待される。

There has been an intense search in recent years for long-lived spin-polarized carriers for spintronic and quantum-computing devices. Here we report that spin polarized quasi-particles in superconducting aluminum layers have surprisingly long spin-lifetimes, nearly a million times longer than in their normal state. The lifetime is determined from the suppression of the aluminum's superconductivity resulting from the accumulation of spin polarized carriers in the aluminum layer using tunnel spin injectors. A Hanle effect, observed in the presence of small in-plane orthogonal fields, is shown to be quantitatively consistent with the presence of long-lived spin polarized quasi-particles. Our experiments show that the superconducting state can be significantly modified by small electric currents, much smaller than the critical current, which is potentially useful for devices involving superconducting qubits.