2021 Fiscal Year Research-status Report
トリプレット超伝導電流におけるスピン偏極率の電気伝導測定
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20K05304
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
大西 紘平 九州大学, 理学研究院, 助教 (30722293)
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2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | スピン流 / 超伝導 / トリプレットクーパー対 / 非局所測定 / スピンバルブ測定 / 面内構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の目的は、Fe/Cr層を用いたトリプレットクーパー対の生成技術とスピン信号の測定技術を駆使することにより、超伝導電流におけるスピン偏極率を非局所スピンバルブ測定により決定することである。さらに、トリプレット超伝導体に同技術を適用することで、そのクーパー対のスピン状態を検証可能とすることを目指す。二年目にあたる2022年度は、ナノサイズの微細構造における熱に着目して、実験を行った。
スピン流の伝導へ影響を及ぼす要素として、熱流が挙げられる。とくに超伝導体を含む低温でのスピンバルブ測定において重要となるが、ナノ構造における熱流は未だ解析的に扱えない点を多く含んでいる。そこで本年度は、スピン依存ゼーベック効果やスピンネルンスト効果による信号の影響を調べ、それがスピン信号に与える影響を明らかにした。また、超伝導状態中で熱等によって励起される準粒子の緩和過程にも着目した。準粒子の緩和におけるスピン偏極の有無による違いは、これまでスピン軌道相互作用の小さい物質でのみ議論されてきた。しかしながら、本研究では超伝導転移温度が高い一方で、スピン軌道相互作用が強いNbを用いるため、その超伝導状態におけるスピン偏極準粒子の緩和課程を実験により明らかにした。
これらの結果は、今後のスピン偏極超伝導電流を用いたスピンバルブ測定において、その信号の詳細な解析を行うことで、要因となっている成分を分離できる可能性を示している。
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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
所属機関である九州大学で強磁性体および超伝導体の複合ナノ構造を作製可能としたことで、効率的に測定に必要な素子の作製が可能となっている。また測定においても、これまで研究代表者がつちかってきたスピン依存の電気伝導に関する測定技術に加え、高周波関連の測定技術や熱流に関する測定の環境が構築されてきている。それらを元に実現した本年度の成果により、測定された信号の解析においても、ノウハウが蓄積されてきた。
トリプレットクーパー対そのものの観測には至っていないものの、複合ナノ構造における種々の技術に関する成果は得られており、概ね順調に進んでいると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究から、高周波を用いたスピン注入の有効性や熱流の制御の重要性も明らかになってきた。そこで、スピン注入手法としてバイアス電流を用いた電気的スピン注入の他に、より発熱を制御できると思われる高周波による動的スピン注入手法も検討にいれて実験を進める。その結果、測定装置のセットアップは複雑にはなるものの、素子構造の自由度は高くなると考えられる。
以上により、Fe/Cr層を有する超伝導体ナノピラーを有する面内構造を作製し、スピン信号の観測を目指す他、Fe/Crを含む多層膜構造における超伝導電流のトリプレットクーパー対への変換現象の観測を目指す。それらを研究代表者が習熟しているスピン流吸収モデルに基づく計算により解析し、スピン緩和長、スピン偏極率などを決定する。
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| Causes of Carryover |
おもに、購入予定であった低ノイズ電流源について、研究計画の変更により、次年度以降での購入に変更した。また、新型コロナウイルスの流行により、オンラインでの研究会および打ち合わせが主体となった。
次年度使用となった助成金については、翌年度分として請求した助成金と合わせ、低ノイズ電流源を購入するとともに、測定のための寒剤や試料電極のための蒸着材料購入に充てる予定である。
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