2017 Fiscal Year Research-status Report
スピン偏極STM発光分光法の開発及び二次元半導体におけるスピン-光変換の解明
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17K18766
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
今田 裕 国立研究開発法人理化学研究所, Kim表面界面科学研究室, 研究員 (80586917)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | スピン-光変換 / 二次元半導体 / スピン流 / 偏光 / STM発光 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン-光変換は、電子のスピン状態を光の偏光状態に転写する事で、スピントロニクスにおいて電子にはない光の特性を利用可能とする重要な概念である。スピントロニクスにおけるスピン-光変換材料として、超高効率変換を実現する二硫化タングステンWS2薄膜が注目されている。しかし、二次元性ゆえの問題も抱えており、未解明の欠陥/不純物効果やスピン注入の困難性が、二次元半導体におけるスピン-光変換研究の進展を妨げている。そこで、従来の測定手法では解明困難であったこうした課題に対し根本的な解を与えるべく、「スピン偏極STM発光分光法の開発」を提案する。本研究では、(1)スピン偏極STM発光分光法の確立、(2)スピン-光変換における欠陥/不純物効果の解明、(3)スピン流の原子スケールマッピング、の三つの研究項目を遂行する。“STM発光分光”と “スピン偏極STM”という二つの世界最先端の技術を融合した“スピン偏極STM発光分光法”の開発を実現し、二次元半導体におけるスピン-光変換のナノサイエンスという未踏の研究領域の開拓に挑む。
本年度は、STM発光計測が実現されているSTM装置において、スピン偏極STM測定を実現し、磁場印加状態における偏光発光計測を行った。
① イリジウム表面上の鉄試料において、スパイラルスピンの磁気構造観測を実現し、当研究室のSTM装置においてスピン偏極STM測定を確立した。
② 当研究室STM装置において永久磁石による磁場印加を実現し、GaAs試料に関して偏光発光の観測を行った。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究は、スピン偏極STM発光分光法の開発とその測定法を利用したスピン-光変換の観測/制御に分けられ、本年度では、測定法開発にあたる部分で大きく前進したといえる。
まず、STM発光が実現されている当研究室のSTMにおいて、スピン偏極STM測定を実現した事にある。この実現には、通常では磁場印加が不可能な当研究室のSTMにおいて、永久磁石を利用した磁場印加メカニズムを開発した事が大きく影響しており、イリジウム上に成長した鉄薄膜に関して0.3 T程度の磁場下でスパイラルスピン構造の観測に成功した。これにより、スピン偏極STM測定が当研究室のSTM測定システムで実現可能な事が示されたと同時に、後にスピン流を導入する肝となるスピン偏極STM探針に関して、この試料を基準にして比較検討可能となった。
また、電流を導入した場合に円偏光が発生する事がよく知られているGaAsに関して、円偏光測定のテストを行った。波長板と検光子の単純な組み合わせを用いて分光を行うと、通常の探針(磁性探針出ない)で電流を注入した場合は右回り円偏光と左回り円偏光が等量観測される事を確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究における次のステップは、テスト試料として採用したGaAsに磁性探針でスピン流を導入し、発光される右/左円偏光に偏りが生じる事を観測する事である。これにより、スピン流の偏極情報が光の偏光情報に変換されたことがわかり、スピン偏極STM発光分光法が確立されたといえる。そこで今後は、イリジウム上の鉄により調整された磁性探針でGaAsの発光測定を行う。
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| Causes of Carryover |
差額は21円と少額の為、ほぼ使用計画通りである。
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