2018 Fiscal Year Annual Research Report
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18J21304
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
Chen Yao 東北大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | スピン流 / 超伝導渦糸 / 整流効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
平成３０年度の主な研究成果としては、超伝導渦糸（ボルテックス）由来のスピン流の発見である。近年、磁性絶縁体の上に作られた二本の細線でマグノンスピン流の非局所輸送が調べられてきた。同様な試料構造を持つNbNとPt細線において超伝導体のNbN細線に電流を流し、他のPt細線で電圧信号の検出を行ったところ、渦糸液体相に相当する磁場と温度領域で、従来のスピゼーベック効果では説明できない電流の極性に依存した電圧信号が見られた。
この電流に対して非相反の信号の由来については渦糸の整流効果と考えられる。昨年発表された論文では、超伝導体/磁性絶縁体試料において電流の極性に依存した渦糸フロー（整流効果）が見られた。それは超伝導渦糸の界面ポテンシャルが磁性体界面と真空界面において異なることに由来する。
自分のこれまでの研究では、超伝導渦糸が静磁相互作用を介して磁性体の磁化とカップリングしていることが分かる。渦糸が界面から離れ/近づくと相互作用で磁性体の磁化が揺動し、マグノンが生成/消滅されると考えられるが、今回の試料構造では、超伝導体/磁性体界面で生成/消滅したマグノン数が超伝導にかかるバイアス電流の極性に依存するので、電流に対して非相反のマグノンスピン流が非局所のPt細線で観測されると考えられる。現在、このメカニズムを検証するために、対照サンプルにおいて測定を行っている。
また、３０年度では修士で行ったYIG/NbNにおいての渦糸磁気抵抗効果について複数の会議で発表し、論文も近い内に投稿する予定である。
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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
採用から今年度の前期は超伝導薄膜の上の反強磁性薄膜の作成を試みたが、超伝導状態となる低温（反強磁性のネール温度以下）では反強磁性体のスピン流透過率が著しく低下しているため、反強磁性体がバッファ層として不適合だとわかった。その後、超伝導渦糸からスピン流を生成する新たなアプローチとして、超伝導渦糸の整流効果の方に重点を置き、成果が得られた。当初予定した研究計画に沿えていないが、「超伝導渦糸とスピン流現象の融合」、という当研究プログラムの目標は変わっておらず、大変有意義な実験結果を得たため、「おおむね順調に進展している」と自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の前期は主に昨年度で観測された渦糸整流効果由来の非局所整流電圧信号の系統的な測定を行い、そのメカニズムの解明を目指す。具体的には、渦糸の固体相、液体相と常伝導相にわたる広い温度範囲で前述の信号の挙動を確かめる。さらに、信号の磁場の角度依存性も調べる。 特に、基板を非磁性体、または超伝導体と磁性体基板の間に非磁性絶縁体を挟むことで信号の変調を調べる。最後に、超伝導体の種類と変え、 前述の渦糸に由来する効果の普遍性を確かめる。 これらの実験結果に踏まえて、本年度後期では渦糸フローと磁性体磁化の相互作用をべースにして、渦糸フローの整流、マグノン生成過程、電圧信号への変換を含んだ統合的な理論的理解を理論専門家と議論し、成果を論文にまとめる予定である。また、国内外の学会においての発表も行う。これにより、超伝導渦糸のフローより作り出す新たな種類のスピン流の生成法を確立する。 並行して、電子線リソグラフィ微細加工技術を用いた超伝導体上に人工渦糸格子を開発する。昨年度の実験では重イオンを用いた集束イオンビーム法では超伝導の組成を変えて変質させることが分かり、今年度ではリフトオフ法で同一組成の微細構造を持つ超伝導体の作成を行う。
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Research Products
(4 results)
