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本研究で新たに波長可変レーザーを設置し、GaAs中にスピン偏極電子を励起する光学実験装置を構築した。直接遷移型半導体GaAs基板上に超高真空蒸着、電子線リソグラフィーを併用してFe細線/GaAs試料を作製し、本装置を用いてGaAsのバンドギャップエネルギーを持つ照射することで、GaAs中にスピン偏極電子を励起して、そのスピン偏極電子がFe細線に透過する際の光電流の磁化方向および円偏光度依存性を調査した。
Fe細線の磁化状態が形状異方性により単磁区状態に制御されていることを確認するために、磁気力顕微鏡(MFM)観察を行った。その結果、細線幅0.7μmの多結晶Fe細線において、細線の終端部を除いてほぼ単磁区状態が実現していることが確認された。このようにして磁化状態を制御した試料を用いて、円偏光を照射し、FeとGaAs間に流れる光電流の磁化方向依存性を測定した。光電流に磁化方向の反転に伴う微小な変化が観測されたが、その変化は明瞭でなかった。
そこで、スピン依存トンネル伝導を期待して、Fe/GaAs試料の界面にA10x酸化物層を挿入し、同様の測定を行った。また、光電流のスピン依存性の測定感度を向上させるために、磁化方向を一定にし、光弾性変調器を用いて照射光の円偏光方向を変化させる方法を併用した。その結果、照射光のエネルギーが1.42eVの時に光電流のバイアス依存性に円偏光度依存性が明瞭に計測された。この結果は、GaAs中に励起されたスピン偏極電子に対して磁区構造制御されたFe細線がスピンフィルターをして機能することを示唆している。さらに、詳細な検討を継続する予定である。
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