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本研究課題では巨大スピン蓄積効果を用いた電子相制御を目標としている。その実現に向けて、非磁性体中へより大きなスピン蓄積の誘起する手法などを研究初年度において明らかにしている。第二年度目においては、巨大スピン蓄積効果を用いる候補物質のスピン物性およびスピン流との相互作用について調べた。
巨大スピン蓄積効果が有効な相互作用をもつべき対象物質として、磁場誘起型の相転移が発現する物質あるいは磁気秩序に関する相転移を生ずる物質に注目している。そこでまず、スピン蓄積と磁性の関係性を明らかにするために研究を実施した。
まず、Ni-Fe(Py)/MgO/Ag接合を持つ面内スピンバルブ構造を作製し、Lamor歳差運動を用いてスピン蓄積のスピン偏極方向の変調実験を行った。詳細な解析の結果、非磁性体中のスピン蓄積の緩和と強磁性体中におけるスピン緩和の成分の分離に成功した。
次に、Ni-Fe(Py)/AgのOhmic接合を用いることで、スピン蓄積の磁性体中での緩和機構を詳細に調べた。その結果、スピン蓄積の緩和機構が強磁性体中においては、磁化に平行なスピン偏極を持つ場合と、垂直な方向で著しく異なるということが分かった。これは、スピン蓄積の偏極方向が、磁性体の磁化方向と直行する場合には、磁性体とスピン流の相互作用がこれまで報告されたものと異なることを意味している。この知見は物理的に重要であると同時に、スピン流の緩和の特性長が短くなると考えられるため、相転移候補物質の細線厚さなどの、素子設計を行う上でも重要な知見である。
さらに、スピン蓄積の非磁性体中での緩和現象と量子現象との関係性や、グラフェンを用いたスピン注入素子における界面特性を明らかにし、異なる強磁性体を用いた場合のスピン注入特性の向上を実現するなど、相補的に研究を実施している。
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