2019 Fiscal Year Annual Research Report
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19J21253
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
池渕 徹也 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | スピン流 / 反強磁性体 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
スピン流をデバイス開発に応用することが現在盛んに研究されているが、大きな問題となっていることはスピン散逸によって情報を長距離に伝達ができないということである。従って、スピン散逸の少ない材料の開発が急務となっている。理論的研究によって絶縁性反強磁性体がスピン超流動と呼ばれるスピン散逸の少ない状態を取ることが既に知られているが、外部磁場に応答しづらいという反強磁性体特有の性質によって実験的には未だ観測されていない。先行研究では、反強磁性体にスピン流を注入し、反強磁性体中のスピン流に関する物理量を測定することに成功した。よって、本研究ではスピン超流動の観測を目指す。それによってジュール損の少ないデバイス開発に対して重要な提案をする。
２０１９年度はスピン超流動が生じるための条件を有すると示唆されている物質の作製およびその物質に対する物性評価を行った。スピン超流動が生じる条件として面内等方的な反強磁性体かつ伝導電子の散乱が生じないための絶縁体という２つを満たす必要がある。その候補の１つとして酸化ニッケル(NiO)が挙げられるが、この物質に関する有意な結果が得られた。また、２０２０年度の実験からはこの結果を参考にして行うものとする。
２０２０年度からは実際にスピン超流動の観測を目指す。スピン超流動は通常のスピン散逸とはスピン流の距離に対する減衰の方法が異なる。そのため、伝搬距離に応じてスピン流を検出する機構が必要となる。これは従来の実験で行ってきた方法では測定できないものであるため、測定を行うための新たな方法を模索し、観測に向けて実験を行う。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
先行研究で行った多結晶体のNiOにおけるスピン拡散長導出の実験から着想を得て、単結晶体のNiOにおいても同様にスピン拡散長を求めるに至った。そこで、Al2O3 (0001)基板およびMgO (001)上にNiO/FeNi二層膜をスパッタ法で積層させ、NiOがそれぞれ(111)および(001)配向した試料を作製した。一般に、磁気共鳴実験により得られるFeNi層のギルバート減衰定数のNiO膜厚依存性を調査することでスピン拡散長を評価できる。その結果、NiOが(111)配向した試料ではNiOのスピン拡散長は68 nmとなり、多結晶体よりも長距離にスピン流が伝搬することが明らかになった。一方、NiOが(001)配向した試料ではギルバート減衰定数はNiO膜厚に対して変化しないためにスピン拡散長を求めることが出来なかった。この結果の解釈は2通りあり、スピン流の拡散が非常に小さいため、または、NiOにスピン流が注入されていないためと考えられる。そこで、Pt/NiO/FeNi三層膜を作製しPt層でスピン拡散が生じるか否かを調査した。その結果、二層膜に対し三層膜ではギルバート減衰定数の増大を確認した。この結果より、NiO(001)配向ではスピン流の拡散が非常に小さく長距離に伝搬していることを示唆している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後の研究計画として、主に３つを挙げる。
１つ目に、昨年度に実施した研究をまとめ論文として発表することである。昨年度はスピン超流動が生じるための条件を有すると示唆されている物質の作製およびその物質に対する物性評価を行った。スピン超流動が生じる条件として面内等方的な反強磁性体かつ伝導電子の散乱が生じないための絶縁体という２つを満たす必要がある。その候補の１つとして酸化ニッケル(NiO)が挙げられるが、この物質に関する有意な結果が得られたため、これを論文として発表する。また、以下の実験ではこの結果を参考にして行うものとする。
２つ目に、スピン超流動を測定するためのデバイス加工技術を確立することである。スピン超流動は通常のスピン散逸とはスピン流の伝搬距離依存性が異なる。そのため、伝搬距離に応じてスピン流を検出する機構が必要となる。これは従来の実験で行ってきた方法では測定できないものである。この方策として申請者は新たに非局所測定法に着目した。そこで非局所測定を行うためのデバイス加工に必要な条件出しを行う。
３つ目に、非局所測定法によるスピン超流動の測定を行うことである。これまでに述べたように非局所測定法により面内等方的な絶縁性反強磁性体を用いてスピン流の伝搬距離依存性を調査する。これを先行の理論研究による表式によって解析し、スピン超流動の同定を行う。
これらに加えて、積極的に国際会議および国内学会に参加し、発表や物性物理の最先端の情報収集を行う予定である。
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