2011 Fiscal Year Annual Research Report

巨大スピンホール効果による電流誘起強磁性とスピン吸収トルク

Research Project

Project/Area Number	22651055
Research Institution	National Institute for Materials Science
Principal Investigator	三谷誠司独立行政法人物質・材料研究機構, 磁性材料ユニット, グループリーダー (20250813)
Keywords	スピンホール効果 / スピン注入 / 強磁性 / スピントルク / 磁気素子
Research Abstract	磁場中の金属や半導体に、磁場(金属や半導体が強磁性体の場合には磁化)と直角方向に電流を流すと、磁場と電流の両方に対して直角の方向に電圧が生じる。これは既に良く知られている(正常または異常)ホール効果である。一方、スピンホール効果は、やや理解しにくい効果であるがホール効果の一種であり、非磁性体に電流を流したときに表面や端部のスピン蓄積として現れる。そのスピントロニクス分野における重要性が強調されるようになってきたが、スピンホール効果を用いることによって、電流とスピン流を相互に変換することが出来るためである。しかし、応用に繋がるような具体的な機能開拓は十分には進んでいない。そのような背景の下、本研究では、Auのスピンホール効果を利用した機能性の開拓として、磁性制御や磁化反転に関する現象の観測を試みる。具体的には、Au,Ptやそれらの合金等の大きなスピンホール効果の発現が期待される非磁性体に、フェルミレベル近傍に大きな状態密度を有し、常磁性状態と強磁性状態のエネルギー差の小さいNiPd等の合金層を接触させ、スピンホール効果によるNiPd合金等へのスピン注入を行う。これによる常磁性-強磁性転移やキュリー温度の制御の可能性を検討する。また、同様の実験によって、NiFe合金等の磁化反転の起こりやすい強磁性体にスピン注入し、スピン吸収トルクによる磁化反転を試みる。本年度の研究では、スピンホール効果の大きさやスピンホール効果を使ったスピン注入法、さらにはスピン注入磁化反転そのものの原理的問題に時間を要した。本研究に類似した研究がコーネル大学グループによってなされ、一定の成果を得ているが、研究代表者らの知見と相違する部分もあり、根源的な理解には時間を要すると思われる。一方で、スピンホール効果が種々の現象引き起こすことは確認され、研究の基盤的部分を固めることができた。