| 研究課題/領域番号 |
17J09520
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
重松 英 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| キーワード | スピントロニクス / 半導体 |
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| 研究実績の概要 |
SiC中のスピン流物性のうちスピン拡散長については、前年度に到達した3C-SiCを用いるという解決策を引き続き採用し、デバイス作製とスピン輸送測定を行った。本年度は、デバイスジオメトリや構造を工夫することで、スピン検出信号のS/N比を向上させることに取り組んだ。他方、スピン流電流変換能の測定に向けての研究も推進した。前年度にはYIG/高ゼーベック物質の二層構造を用いた直流測定においてはスピン波誘起によるゼーベック効果が無視できないことを明らかにした。今年度は交流スピンホール起電力を位相込みで測定することで直流熱起電力効果の影響を回避しながら、スピン流電流変換能の測定を行う手法の適用に取り組んだ。先行研究においては、この手法を用いて白金や銅などの典型的な金属においてそのスピン流電流変換能が測定されている。この手法において、半導体/磁性体層の試料をコプレーナ導波路に近接させたうえで外部磁場とマイクロ波を印加しながら透過係数を測定した。強磁性共鳴状態において、磁性体から交流スピン流が注入されスピン流電流変換による電流が誘導磁界を発生させ、誘導起電力をコプレーナ導波路で検出することができる。この寄与は、磁性体の感受率テンソルを基準として特定の位相成分を持っており、他の効果による寄与と切り分けることができる。デバイス二層構造において磁性体と半導体がオーミック接合であることが好ましいので磁性体金属とドーピングによって縮退させた3C-SiCを含む種々の半導体との二層構造試料を製作した。実験では、所属研究室で試料作製を行った後に、同手法の提唱者のグループもとに赴き、短期滞在において同測定を行った。測定の結果、半導体やドーパントの種類によってスピン流電流変換能の変調が観測された。これは半導体SiCを始めとして半導体のスピン流電流変換能の広範な理解につながる成果である。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
低ダンピング磁性体と半導体の界面において、直流スピン流注入・検出を用いた手法では、熱起電力効果による寄与が無視できないことを明らかにしたうえで、その解決策を交流測定に見出すことができた。同測定手法のノウハウを持つ研究グループとの共同研究を行うことで、作製した磁性体/半導体試料を測定することができ、本研究課題であるSiCのスピン流物性測定に繋がる研究成果を得ることができた。
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| 今後の研究の推進方策 |
現段階での成果は、SiCを含むさまざま半導体においてスピン流電流変換能の測定を行ったことである。今後は、これらの結果を総合的に俯瞰し、半導体においてどのようなファクターがスピン流電流変換物性を支配しているのかについて実験的に解明することを目指す。
また、一般にスピン電流変換機構は、バルクにおけるスピン軌道相互作用に起因するスピンホール効果や、界面における内部電界に起因するラシュ・エーデルシュタイン場効果が挙げられる。従来の磁性体金属/非磁性体金属界面を用いた研究においてもこの両者の効果の同定、切り分けが議論されてきた。我々が取り組んできた半導体/磁性体界面の実験系においても半導体材料の変更によって界面の電子状態も変化するので、先に挙げた議論が重要となってくる。本年度は、昨年度より作製する半導体/磁性体試料の種類を多くして、より包括的な考察ができるように実験を進めていく。
さらに、SiCのスピン拡散長測定においては、スピン注入+輸送+検出型デバイスの作製と測定を進め、n型3C-SiCにおけるスピン輸送物性パラメータの同定にむけて実験を進める。
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