Development of in situ Real Space Obserbation Method of Spin Transport

2020 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 – 2022-03-31
• Keywords: スピン / プローブ / SPM

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るが、その原理に磁性体・非磁性体界面のスピン圧生成メカニズムを利用することを考えており、その構造や材質の選定が研究の要となっている。
本年度は微細加工施設の使用可能期間が限られていたため、特性のシミュレーションや設計を主に行った。現在、解決すべき課題は二つあり、一つは電荷電流の影響である。磁性体と非磁性体の距離をできるだけ小さくしたうえで、複数のプローブから補完を行う手法を昨年度から検討している。昨年に引き続き特にこの構造で製作するにあたっての技術的課題に取り組んできた。電極を一つ増やす毎に1つ高次の補完ができるが、プローブの空間解像度が犠牲になり、また試料の不均一性などの影響を受けやすくなる。
もう一つの課題は上記の複数の電極を一つのプローブに作りこみ、同時に試料に接触させる際の信頼性である。微細加工の仕上がり、プローブ取り付けの角度などの要因で試料に電極が接触しないことがあり、スピン圧の測定に困難が生じている。上記のように、電荷電流の影響を除くために電極を増やすとさらに接触の問題が発生することになる。また、接触の程度により注入されるスピン量が数桁変わることも観測されており、本課題において、このプローブの接触性が最重要の課題であることが確認された。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

プローブ製作に多数の試行が必要であったが、本年度は微細加工施設の利用に制限があり、進捗は芳しくなかった。年度の後半には東京大学の多探針STMもメンテナンスで停止しており、山梨大学における実験も停止しており、試作したプローブのテストもあまりできなかった。

Strategy for Future Research Activity

現状ではどうしても試作の回数がかぎられるため、限られた時間で試作ができるよう検討を行う。また、他の微細加工施設の利用を検討している。
試験測定は東京大学の多探針STMを用い、グラフェンおよびトポロジカル絶縁体の表面においてスピン輸送特性の計測を行うことを計画している。

Causes of Carryover

微細加工施設の使用制限により利用費用がかかっていないこと、共同研究のせいげんにより旅費がかからなかったことから次年度繰り越しが生じた。
次年度の開発で利用する。