強磁性超薄膜における電界誘起冷却効果

• 研究課題/領域番号: 13J08862
• 研究種目: 特別研究員奨励費
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 国内
• 研究分野: 応用物性・結晶工学
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 中山 裕康 東北大学, 電気通信研究所, 特別研究員(PD)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 2,760千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2013年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
• キーワード: スピン分極 / スピンポンピング / 逆スピンホール効果 / スピン流 / 強磁性半導体 / スピントロニクス / 電界効果 / 磁気熱量効果 / スピンカロリトロニクス / スピンホール効果

研究実績の概要

スピン流の生成・検出はスピン流の基礎物理のみならずスピントロニクスデバイス研究開発の観点からも重要であり、研究が進められている。これまでに、光、熱、電磁気、力学的回転を介したスピン流生成および検出が実現されている。その中でもスピンポンピングと逆スピンホール効果の組合せは最も代表的なスピン流生成・検出手法の一つであり、様々な物質群に適用されてきた。
昨年度に続き、スピンポンピングと逆スピンホール効果を用いることで、金属/強磁性半導体におけるスピン流生成とその検出に関する実験を行った。昨年度得られた知見を活かすことで、金属/強磁性半導体界面におけるスピン流生成・検出の精密測定を実現した。その結果、Pt/(Ga,Mn)As界面においてp型GaAs/(Ga,Mn)As界面における13倍のスピンミキシングコンダクタンスが観測された。また、強磁性金属/常磁性金属積層構造におけるスピンポンピング、逆スピンホール効果、輸送測定の実験結果を比較することにより、スピンポンピングによって生成されるスピン流のスピン偏極方向が強磁性体層のスピン偏極方向に依存することが明らかとなった。本研究成果はスピン流の生成・検出手法として幅広い物質群に対して用いられてきたスピンポンピングと逆スピンホール効果について新たな知見を与えるものである。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [雑誌論文] Interface-dependent magneto transport properties for thin Pt films on ferrimagnetic Y3Fe5O12 (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Shiomi, T. Ohtani, S. Iguchi, T. Sasaki, Z. Qiu, H. Nakayama, K. Uchida, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 24 ページ: 242406-242406
  • DOI: 10.1063/1.4883898
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] スピンホール磁気抵抗効果 (2014)
  • 著者名/発表者名: 齊藤英治, 中山裕康
  • 雑誌名: パリティ 巻: 29(1) ページ: 23-25
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theory of spin Hall magnetoresistance (2013)
  • 著者名/発表者名: Y.-T. Chen, S. Takahashi, H. Nakavama. M. Althammer, S. T. B. Goennenwein, E. Saitoh, and G. E. W. Bauer
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 14
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.144411
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistance induced by a Non-Equilibrium Proximity Effect (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Nakayama, M. Althammer, Y-T. Chen, K. Uchida, Y. Kajiwara, D. Kikuchi, T. Ohtani, S. Geprags, M. Opel, S. Takahashi, R. Gross, G. E. W. Bauer, S. T. B. Goennenwein, E. Saitoh
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 110 号: 20
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.206601
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantitative study of the spin Hall magnetoresistance in ferromagnetic insulator/normal metal hybrids (2013)
  • 著者名/発表者名: M. Althammer, S. Meyer, H. Nakayama, M. Schreier, S. Altmannshofer, M. Weiler, H. Huebl, S. Geprägs, M. Opel, R. Gross, D. Meier, C. Klewe, T. Kuschel, J. M. Schmalhorst, G. Reiss, L. Shen, A. Gupta, Y. -T. Chen, G. E. W. Bauer, E. Saitoh, and S. T. B. Goennenwein
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 87 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.87.224401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin mixing conductance at a well-controlled platinum/yttrium iron garnet interface (2013)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, K. Ando, K. Uchida, Y. Kajiwara, R. Takahashi, H. Nak ayama, T. An, Y. Fujikawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Applies Physics Letters 巻: 103 号: 9 ページ: 0924041-4
  • DOI: 10.1063/1.4819460
  • 査読あり
• [学会発表] Ferromagnetic resonance induced electrical signals in Pt/(Ga,Mn)As (2015)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Nakayama，Lin Chen，Hsiao Wen Chang，Fumihiro Matsukura，Hideo Ohno
  • 学会等名: 第62回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] スピンポンピングによるPt/(Ga,Mn)As界面のスピン流生成 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中山裕康，陳林，張暁文，大野英男，松倉文礼
  • 学会等名: 新学術領域研究「ナノスピン変換科学」 平成26年度 スピン変換年次報告会
  • 発表場所: 京都
  • 年月日: 2015-03-04
• [学会発表] DC voltages in Pt/(Ga,Mn)As under ferromagnetic resonance (2014)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Nakayama，Lin Chen，Hsiao Wen Chang，Fumihiro Matsukura，Hideo Ohno
  • 学会等名: 第19回 半導体スピン工学の基礎と応用 PASPS-19
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2014-12-16
• [学会発表] Pt/(Ga,Mn)As構造における強磁性共鳴下の直流電圧信号 (2014)
  • 著者名/発表者名: 中山裕康，Lin Chen，Hsiao Wen Chang，松倉文礼，大野英男
  • 学会等名: 応用物理学会東北支部 第69回学術講演会
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-12-04
• [学会発表] Interface-dependent magnetotransport properties for thin Pt films on ferrimagnetic Y3Fe5O12 (2014)
  • 著者名/発表者名: 塩見雄毅，大谷隆史，井口敏，佐々木孝彦，邱志勇，中山裕康，内田健一，齊藤英治
  • 学会等名: 第75回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-17
• [学会発表] dc Voltages Measured in Py/ZnO under ferromagnetic Resonance (2014)
  • 著者名/発表者名: Sophie D’Ambrosio, Lin Chen, Hiroyasu Nakayama, Fumihiro Matsukura, Tomasz Dietl, and Hideo Ohno
  • 学会等名: 12th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2014-06-26
• [学会発表] Spin Hall magnetoresistance in magnetic insulator I metal heterostructures (2013)
  • 著者名/発表者名: Hiroyasu Nakayama
  • 学会等名: Energy Materials Nanotechnology (EMN) fall meeting 2013
  • 発表場所: フロリダ州オーランド, 米国
  • 年月日: 2013-12-09
  • 招待講演
• [学会発表] スピン流により駆動される磁気抵抗効果 : スピンHall磁気抵抗効果 (2013)
  • 著者名/発表者名: 中山裕康, M. Althammer, Y. -T. Chen, 内田健一、梶原瑛祐, 菊池大介, 大谷隆史, S. Geprägs, M. Opel, 高橋三郎, R. Gross, G. E. W. Bauer, S. T. B. Goennenwein, 齊藤英治
  • 学会等名: 第74回応用物理学会秋季学術講演会
  • 発表場所: 京都府京田辺市
  • 年月日: 2013-09-20
  • 招待講演