研究課題
電子のスピン自由度をエレクトロニクスに組み込んだ「スピントロニクス」において、スピン流(角運動量の流れ)の果たす役割が重要になっている。その中でもスピントロニクスではスピン流生成機構の電子論的な理解が不可欠である。前年度に研究者はイットリウム鉄ガーネット及びニッケル鉄合金を用いたときに、生成されるスピン流の大きさを定量的に求める手法の開発に成功したが、界面の状態に関係なく良好な逆スピンホール効果による起電力が観測されたので、今度は生成スピン流の普遍性を追求する研究を行いたいと考えた。イットリウム鉄ガーネット上では、伝送電子ではなく、スピン波がスピン流を伝搬していることが確認された。伝導電子スピン流と比較して損失の少ない流れであり、それまで数ミクロン程度の距離までにしか流すことのできなかったスピン流の限界を突破した。また、伝搬距離の長さから、スピン波スピン流は外場と強く結合するはずである。しかし、スピン波スピン流の電磁現象は未開拓であり、絶縁体のスピン流の電磁現象(電場生成現象)があれば、高速で高効率なスピン流操作が可能になるはずである。その中で、スピン流の電磁現象の測定システムを構築することで、スピン波スピン流の磁性絶縁体中のスピン-電気変換現象を初めて観測した。まず、イットリウム鉄ガーネットのバルクに金電極を上下にスパッタリング法を用いて成膜し、コンデンサ構造を作り、電気分極による分極電流を高感度に検出する試料構造を作成した。そしてマイクロ波分光を使うことによって、スピン波共鳴の際に励起されたスピン波スピン流のスピン-電気変換現象によって発生する分極電流の観測を試みた。直流磁場の角度依存性などを測ることによって、磁性絶縁体内のスピン-電気変換現象であることを実証した。
2: おおむね順調に進展している
強磁性絶縁体を用いて、生成スピン流の普遍性を追求する研究を行いたいと考えていたが、その中で磁性絶縁体におけるスピン波スピン流の磁性絶縁体中のスピン-電気変換現象の観測を行うことができた。今後は、今までに得られた結果を用いて、「よく定義された界面」におけるスピン混成コンダクタンスの精密評価を目指そうと考えている。
本研究課題では、磁性絶縁体中のスピン-電気変換現象の起源について考察を行う必要があった。他分野ではあるが、強磁性、強誘電性などの特性を複数有し、磁場による電気分極の応答など新奇な応答現象が起こるマルチフェロイックスが盛んに研究されている。この起源はジャロシンスキー・守谷相互作用にあり、スピンの非共線的な配列が重要なことがわかっている。そのため、今回観測した信号の起源がジャロシンスキー・守谷相互作用によるものなのか、その検証実験も行おうと考えている。
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