Development of in situ Real Space Obserbation Method of Spin Transport

2018 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 18K19014
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 保原 麗 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 特任研究員 (30568176)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 白木 一郎 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (10399389)
• Project Period (FY): 2018-06-29 – 2021-03-31
• Keywords: スピン圧 / プローブ

Outline of Annual Research Achievements

本研究は伝導電子のスピン偏極度の、平衡状態からのずれであるスピン圧を、「局所的」かつ「電気的」に簡便に測定できる、メカニカルなプローブを開発することが目的である。そのためにはスピン圧と電圧を変換するための機構をプローブ先端の微細なスペースに作りこむことが必要であり、その原理、構造や材質を選定する必要があり、これが研究の要となる。
当初の予定通り、スピン圧と電気的信号の変換には、磁性体および非磁性体へスピン注入した際の電位差を利用することとし、本年度は幾つかの試案を基に、構造の大まかな設計、およびその特性のシミュレーションを行った。各種構造について、デバイス作成の困難さおよび測定の確度・分解能の検討を行ったが、予想されていた通り、磁性体と非磁性体の距離が近いほど通常の電圧である電荷電圧の影響を排除でき、相対的にスピン圧の検出性能が向上することを確認した。これはおおよそ距離の1次の関係であった。
一方で、磁性体と非磁性体の距離を接近させるのは微細加工を行う上で限界がある。その限界を突破すべく構造を検討したところ、3極以上の複数の電極を用い、1次・2次、およびより高次の補完を行うことでプローブ間隔の制限を大幅に超えられるであろうことを発見した。あまり多数の電極を整形し、プローブとして動作させる事も困難であるため、現実的には直線状に3つの電極を並べ、1次までの補完を行えるプローブが良いだろうと判断し、具体的な設計を行ったところである。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

プローブの構造について多数のアイデアを検討したが、いま現在存在しないデバイスのため、設計や加工の様々なプロセスを検討するのに予定より時間がかかってしまった。
また、実際に制作すると費用がかかるため、シミュレーションに力をいれたことも遅延の要因となっている。

Strategy for Future Research Activity

試作プローブの設計が完了したので、今後はこのプローブを実際に制作し、多探針STMへと搭載してその性能を見る。
スピン圧の生成には、過去に制作した純スピン圧生成プローブを用い、電荷電圧とスピン圧の独立した、同時計測が可能かどうかを中心に、性能の検証を行う。
また、その性能・特性に応じて、必要ならば随時再設計・再制作を行う。
プローブの機能の検証が終わった場合、具体的な表面においてスピン輸送特性の計測を行う。現在のところグラフェンにおけるスピン輸送の測定を計画している。

Causes of Carryover

プローブの設計に時間をかけたため、実際のプローブの製作が多少おくれているため、必要な機材の購入を後回しにしたため、機材購入分だけ次年度使用額が発生することとなった。
来年度、プローブの製作にはいるため、その動作確認のために機材を購入する。