超伝導を用いたトポロジカルスピン流物性の開拓

2016 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16J03699
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: LUSTIKOVA JANA 東北大学, 大学院理学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Keywords: スピン流 / 超伝導 / スピントロニクス / スピン注入

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、強磁性体及び超伝導体の界面に実現可能な多様な超伝導相に注目し、これらの相へのスピン注入の実験的実証を目指す。
初年度となる今年度は、１.測定試料となる強磁性絶縁体及び超伝導体薄膜（s波及びd波）の作製と超伝導特性評価、２．温度勾配を用いたスピン注入実験系の構築及び測定、３．低温でマイクロ波によるスピン流注入実験を可能とする測定系の準備を行った。
強磁性絶縁体を液相エピタクシャル成長法で作製し、また超伝導薄膜をスパッタ法及びMOD法で作製した。種々の測定法（Ｘ線回折、エネルギー分析型Ｘ線分析、断面電子透過型顕微鏡撮影、４端子抵抗測定及び磁化測定）を用いて超伝導薄膜の特性を評価し、良質な超伝導特性を有することを確認した。作製した強磁性絶縁体/ｓ波超伝導二層膜試料において、温度勾配によるスピン流注入に成功した。室温近傍ではスピンゼーベック効果を観測した。また、低温において超伝導量子渦の新規輸送現象を観測した。その由来及び性質を系統的な測定や対照実験によって調べた。本成果について論文原稿の準備を開始している。
作製したs波超伝導体の超伝導転移温度は7 K以下であるために、超低温でマイクロ波によるスピン流注入実験を可能とする測定プローブの設計を行った。また、所属研究室に設置されている超伝導マグネットの初期立ち上げ及び動作確認を行い、磁場制御を含めた測定データ収得プログラムを作成した。作製した測定プローブを用いて、予備実験によって２Ｋ以下の低温においてマイクロ波実験が可能なことを確かめた。以上によって、２年目に行う超伝導相へのスピンポンプ実験の準備が整えた。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

良質な強磁性絶縁体の薄膜及び超伝導薄膜の作製に成功し、また、これらの材料を用いた二層膜において低温では超伝導量子渦の新規輸送現象を観測した。更に、マイクロ波実験を２K以下の低温で可能とする測定プローブを作製し、確認の予備実験に成功した。従って、本研究の目的を達成するための準備が整え、１年目の計画が予定通り進んだ。

Strategy for Future Research Activity

来年度は今年度に準備した二層膜試料におけるマイクロ波を用いたスピン注入実験に加え、超伝導へのスピン注入をより多角的に調べるために強磁性絶縁体と超伝導体を用いたナノ構造を作製し、スピン注入の実験を行う予定である。