| 研究課題/領域番号 |
18J22975
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| 研究機関 | 京都大学 |
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研究代表者 |
松島 真之 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) |
2018-04-25 – 2021-03-31
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| キーワード | スピントロニクス / スピンホール効果 / スピントルク強磁性共鳴 / ビスマス |
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| 研究実績の概要 |
一昨年度の研究では、単結晶鉄(Fe)上に高配向ビスマス(Bi)を成長させたBi/Fe二層膜を用いたスピントルク強磁性共鳴法による測定から高配向Biのスピンホール角の評価に成功していたが、磁場の印加方向を面内で180度反転させた場合に得られる信号から評価したスピンホール角とは一致しないという問題点を抱えていた。よって前年度はまず電圧およびスピンホール角の面内磁場印加角度依存性について測定した。
電圧については従来のスピントルク強磁性共鳴法の理論だけでは十分に説明できない電圧強度の変化が確認され、そこから計算されるスピンホール角についても従来通りでは説明の難しい大きさ及び極性の変化が確認された。この測定を複雑にしている原因にFeの磁気異方性が関連していると考え、磁気異方性の小さいパーマロイ(Py)を磁性体層に導入したBi/Pyを用いて同様の測定を実施した。なおBiの結晶性は高配向ではなくなるが、Biのスピンホール角をスピントルク強磁性共鳴法を用いて評価した先行研究は存在しないため、単なる予備実験以上の意義があるといえる。
試料にはBi(1.2-10 nm)/Fe(5 nm)を用い、室温下において10 GHzの交流電流を印加しながら外部磁場を掃引し電圧を測定した。この電圧を各膜厚のBiを含む試料について測定して、スピンホール角のBi膜厚依存性を評価した。得られたスピンホール角はBi/Pyをスピンポンピング法という別の実験手法で測定した先行研究の結果とは異なり、Biの膜厚変化に対するスピンホール角の符号の変化が確認されなかった。また磁性体としてイットリウム鉄ガーネットを用いてスピンポンポング法で測定した先行研究と比較して2桁大きなスピンホール角が得られた。以上より、少なくともBiを含む系においては実験手法や磁性体の種類によってスピンホール角が大きく変化することが確認された。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初の予定ではBi/Fe系における高配向Biのスピン変換物性について知見を深めた上でAg/Bi/Fe系を導入してAg/Bi界面における逆Rashba-Edelstein効果によるスピン変換物性を研究する予定であった。しかしBi/Fe系におけるBiのスピン変換物性の評価は、研究実績の概要の項目にも記した通り、Feの磁気異方性などの諸外乱により妨げられ難航しているのが現状である。Ag/Bi界面におけるスピン変換を詳細に研究する上で、この界面にスピン流が到達する前に必ず通過することになるBi層のスピン物性について議論することは避けては通れないので昨年度の研究に引き続きより詳細な検証が必要となる。
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| 今後の研究の推進方策 |
Bi/Feによる実験では磁場を180度反転させるとスピンホール角の大きさが変化するという問題点が確認されていたが、Bi/Pyによる実験においても同様の現象が確認された。後者の事案については信号を解析することで得られた結果を雑誌に投稿することとしたが、この結果は印加磁場方向とスピンホール角の関係には磁性体層の磁気異方性が大きくは関わっていない可能性があることを示唆している。また加工した試料の形状に一部問題がある可能性も共同研究者から指摘された。これらを踏まえて今後は、まず試料の構造を修正したうえで従来通り実験を行い、これまでと同様の現象が発生するようであれば、Feと基板の間でのスピン変換現象やBiに起因する新奇の現象など、スピントルク強磁性共鳴法の枠組みの外側の理論を考慮しつつ解析を進める予定である。
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