2021 Fiscal Year Annual Research Report
原子層結晶を用いた超伝導エーデルシュタイン効果の実証
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20K20904
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
内橋 隆 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 国際ナノアーキテクトニクス研究拠点, グループリーダー (90354331)
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| Project Period (FY) |
2020-07-30 – 2022-03-31
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| Keywords | 超伝導 / スピントロニクス / 原子層結晶 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
エーデルシュタイン効果は、表面界面での空間反転対称性の破れによるラシュバ型軌道相互作用に起因する効果であり、非磁性体内でスピン流生成を可能とする。本研究は、原子１－２個程度の厚さの２次元超伝導体結晶として、シリコン基板表面上のインジウム原子層およびタリウム鉛原子層を取り上げ、超伝導状態におけるエーデルシュタイン効果の検証を目的とした研究を行った。
まず、エーデルシュタイン効果発現の前提となるスピン軌道ロッキング現象についてインジウム原子層を対象とした詳細な解析を行った。面内臨界磁場および試料伝導度から求めたスピン散乱時間と電子弾性散乱時間がほぼ等しくなることから、スピン反転を伴う動的なスピン軌道ロッキング効果がこの系で本質的な役割を果たしていることを発見した。これは、従来の理論で予想されていた静的なスピン軌道ロッキング効果とは全く異なる機構である。
本研究では、原子層からできた微細伝導チャンネルの作製技術が重要な位置を占める。集束イオンビームを利用することにより、10um幅の伝導チャンネルに対応するマスクを作製した。細い架橋部をもつシャドーマスクは試料との接触により容易に壊れてしまうことが問題であったが、マスクの構造を工夫することで、明瞭な境界をもつ微細伝導チャンネルを作製することに成功した。今後はマスクの加工精度を上げることで、サブミクロン幅の伝導チャンネル作製を実現する。
また、本研究の遂行を容易にするため、STM測定・電気伝導測定の両方を可能とする装置の開発を行った。現行の超高真空／磁場中トランスポート測定装置を転用して、カプセル型STMヘッドを導入し、最低到達温度0.4 K、最高印加磁場9Tを達成した。すでに両方の測定で共有する配線を完了し、カプセル型STMヘッドの動作確認に成功している。
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