膨大な情報を高速で処理するために、より小型・高速に作動する「量子素子」や「原子素子」などの実現を目指し、スピンテクノロジー、アトムテクノロジーと呼ばれる技術を駆使した研究開発競争が繰り広げられています。こうした究極な素子は、原子1個で、情報を高速に選別処理することを可能にするため、電子や原子核のスピンをはじめ、粒子の新たな性質の解明が必要です。

基幹研究所河野低温物理学研究室の大野圭司専任研究員らは、磁場中に、異なる材料で作った2つの半導体人工原子（量子ドット）を電極間に並べた人工分子素子を開発し、電圧を加えると、注入する電子のスピンの向きに応じて、電流を制御（電子を透過・捕獲）することができる現象を発見しました。この現象は、電子が持つ上向きスピン、下向きスピンと呼ぶ2つの内部状態のエネルギー差（g因子）に起因し、その値は、素子の母体材料の種類で決まります。

研究グループは、たった1個の電子しか占有することができないほどの大きさで、1つはインジウムガリウムヒ素、もう1つはガリウムヒ素を材料とした人工原子を作製し、絶縁体と共に電極間に挟み込みました。それぞれの人工原子は異なるg因子を持つため、電圧を加えると、注入される電子スピンの向きに依存して、人工原子が電子を捕獲したり透過したりする現象を見いだしました。

将来期待される半導体スピントロニクスや、電子スピンを活用する量子情報処理を可能にすると注目されます。