2023 Fiscal Year Research-status Report
中赤外円偏光誘起のスピン偏極非相反電流の機構解明とそれによる室温スピン注入の実現
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23KJ0480
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
谷内 息吹 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2023-04-25 – 2025-03-31
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| Keywords | 非相反伝導 / スピン流 / スピン運動量ロッキング / ラシュバ効果 / トポロジカル絶縁体 / スピン注入 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
二原子層物質Si(111)-√3×√3-(Tl,Sn)において、近赤外円偏光を照射したところ、従来知られていた振る舞いとは異なる円偏光ヘリシティ依存光電流が観測された。それは試料端で増大し、右端と左端で電流方向が逆転する光誘起逆スピンホール効果（PISHE）に酷似した非相反光電流であるが、PISHEは円偏光を試料表面に対し垂直に照射することで最も顕著に表れると考えられていたのに対し、こちらは円偏光の照射角度を斜めにするほどに増大するというPISHEの直観的振る舞いと相反するものであった。我々は詳細な実験条件の調査などにより、これは円偏光フォトンドラッグ効果(CPDE)との重畳現象であると解釈するモデルの構築に成功した。本物質は半導体基板Si(111)上に作製される表面超構造物質であり、大気中に取り出すことができない物質であるため、超高真空「その場」測定ができる本研究の強みが活かされた成果と言える。本研究は物質表面で取り出しやすいとされる電子スピンを円偏光を用いて簡便に誘起し、そのスピンが表面でどのように動き検出されるに至るかを知る大きな一助になると期待でき、現在論文執筆中である。
中赤外光を用いた測定系の立ち上げは、現在超高真空チャンバーと光学系を接続する作動排気部の調整に難航しているが、それ以外は順調である。中赤外光に対応した光学素子や偏光素子、ミラーの調整まで確認は取れ、作動排気部の調整が終わり次第測定に入れる状況にある。
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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
円偏光照射によるスピン注入やスピン流生成が原子層物質で観測できることを立て続けに報告でき、物質最表面での光と電子の相互作用について示唆的であった可能性に対し報告を重ねることもできた上、未定式であったPISHEの定式化の提案ができたことは当該分野において大きな進展であったと言える。中赤外光導入については遅れてはいるが、それを補って余りある成果を挙げられた。現在稼働している近赤外光に加え中赤外光が導入されれば、照射光の波長がパラメータとして加わり物質表面におけるスピンのさらなる詳細な調査が可能になると期待できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度の実績である新奇なPISHEの振る舞いは観測物質特有のものではなく、他のラシュバ系やトポロジカル絶縁体などでも観測できる可能性がある。他物質での観測により提唱した定式化の裏付けは成されるため、トポロジカル絶縁体等でこれの観測を目指す。また、超高真空その場測定のできる本系の利点として、同一試料上で成長と測定のサイクルを回すことができるため、例えばトポロジカル絶縁体において表面と裏面の干渉が消え表面状態の出現によりヘリシティ依存光電流が増大するなどの振る舞いを同一試料で観測できることが期待できる。これは既存の近赤外光でも観測可能であるが、表面状態のスピン分裂エネルギー幅に一致した中赤外光を用いることでより鮮明な増大を観測できると見込まれる。
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| Causes of Carryover |
本年度は中赤外光源導入が遅れたために、それに伴う中赤外光用光学素子や光学マウント台の購入等が見送られた。また、利用料の高い寒剤を用いる実験を本年度は想定ほど行わなかったために次年度への繰り越しが生じた。
しかし、寒剤を用いた実験の準備や予備実験は本年度末付近で完了しているため、次年度初頭より大量の寒剤使用費が見込まれている。繰り越した次年度使用額はその寒剤使用費に充てられるため、研究計画として問題はない。
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