エックス線共鳴磁気散乱法を用いたスピンホール効果の観測

• Project/Area Number: 21654047
• Research Category: Grant-in-Aid for Challenging Exploratory Research
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Field: Condensed matter physics II
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: 柳原 英人 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 准教授 (50302386)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 喜多 英治 筑波大学, 大学院・数理物質科学研究科, 教授 (80134203) ; 若林 裕助 大阪大学, 大学院・基礎工学研究科, 准教授 (40334205) ; 水牧 仁一朗 筑波大学, 高輝度光科学研究センター・利用促進部門, 副主幹研究員 (60360830)
• Project Period (FY): 2009 – 2010
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2010)
• Budget Amount: ¥3,100,000 (Direct Cost: ¥3,100,000); Fiscal Year 2010: ¥1,000,000 (Direct Cost: ¥1,000,000); Fiscal Year 2009: ¥2,100,000 (Direct Cost: ¥2,100,000)
• Keywords: スピン蓄積 / スピンホール効果 / X線共鳴磁気散乱

Research Abstract

エピタキシャル人工格子とX線共鳴磁気散乱を組み合わせた回折実験をもちいて、スピンホール効果に伴うスピン蓄積の直接観測を目指した。21年度には、エピタキシャル人工格子としてPtと絶縁材料の組み合わせで良好な膜成長が得られる材料探索と,成長条件の最適化をおこない、MgO(001)基板上に良質なPt/γ-Al_2O_3(001)の組み合わせがエピタキシャルに成長することを見出した。当該年度は高輝度光科学研究センターBL39XUにおいて、X線共鳴磁気散乱による回折実験を行った。PtおよびAl_2O_3の設計膜厚は、それぞれ5nm、1nmとし、これを30周期分積層した。この薄膜を幅約1mm長さ、0.5mmに加工し、電流を印加した。室温においてPtのL_<II>共鳴端E=11.56keVの円偏光を入射し、同時にf=1kHz、振幅3Aの交流電流を印加し、PINフォトダイオードをディテクタに用いて実験を行った。回折条件を1次の超格子反射(n=1)に合わせて、fおよび2fのロックイン検波を行った。I_<AC>=3Aの超格子反射の強度は非常に弱く、AC信号/DC信号比が10^<-6>であった。12時間積分したが、電流により誘起されたスピン蓄積に対応する信号は、有意な大きさではなかった。期待された結果が得られなかった理由として、印加電流が小さく電流密度を稼げなかったことと、本質的に今回用いたPtのLII付近のX線は、その侵入長が非常に長く、薄膜試料では入射光のほとんどすべてが膜と相互作用することなく透過してしまうことが挙げられる。