2012 Fiscal Year Annual Research Report
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23360002
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
松倉 文礼 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 教授 (50261574)
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| Project Period (FY) |
2011-04-01 – 2014-03-31
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| Keywords | スピンエレクトロニクス / 半導体物性 / MBE |
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| Research Abstract |
本研究では固体中のスピン流の諸性質を明らかにするために、スピン流の生成とその検出について研究を進めている。これによりスピン流の高効率生成手法と高感度検出手法が可能になるものと期待される。
平成24年度、(Ga,Mn)As/p-GaAsの二層系において研究を進めた。(Ga,Mn)Asが強磁性共鳴状態にある時のスピンポンピングによるスピン流生成と、p-GaAs中の逆スピン・ホール効果によるスピン流の電気的検出を行った。(Ga,Mn)Asの強磁性共鳴スペクトルが観測された際に、p-GaAs中において明確なdc電圧が観測されることを見出した。(Ga,Mn)As単層試料においてもdc電圧が観測され、逆スピン・ホール効果以外の寄与の存在が明らかになった。これらの信号をランダウ-リフシッツ-ギルバード方程式に基づき磁化の動的運動を考慮して解析した。これにより、対称信号は電流磁気効果と逆スピン・ホール効果、反対称信号は電流磁気効果によることを示した。定量的解析により、観測されたdc信号の大部分は電流磁気効果に起因するものであり、その内の約1割がスピン流生成に起因するものであることを明らかにした。
このことは、スピン流の定量的評価には、電流磁気効果の定量的評価が必要であることを示している。ここで確立したスピン流の定量的評価手法は、(Ga,Mn)As系のみならず、様々な材料に適用可能であると考えられる。
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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
試料作製法・測定系の構築、測定手法・解析手法の確立を終え、結果を蓄積することでスピン流とそれに付随する現象についての理解を深める段階に至っている。
これまでに、電流磁気効果(異方性磁気抵抗効果、異常ホール効果)が測定結果に与える影響について定量的に明らかにし、スピン流の定量的評価手法の確立を行った。この手法は、本年度対象とした(Ga,Mn)As系以外の材料系にも適用可能であるため、今後多くの場面で利用されるものと期待される。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で用いた手法を様々な材料系に適用可能であることを示すことは、本研究成果の意義を問うために重要である。そのため、多くの研究者が対象としている金属材料系においても、ここで用いている手法の正当性を示す予定である。
また、狭禁制帯半導体系は、キャリア移動度が高く、大きなg因子、大きなスピン-軌道相互作用、大きな熱電効果を持つため、スピン流にまつわる新規物理現象の観測の場を提供するものと期待される。狭禁制磁性半導体構造の結晶成長条件の最適化、素子設計、スピン流計測に着手する予定である。
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