| 研究課題/領域番号 |
19J21785
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
洞口 泰輔 慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| キーワード | スピン流 / スピントルク / 強磁性共鳴 / スピン渦度結合 |
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| 研究実績の概要 |
従来、スピン流生成はSOIの大きな金属中(Pt、W等)でのスピン依存散乱効果を用いた手法が主流であった。しかし近年、SOIの小さな銅(Cu)表面を伝播する表面弾性波(SAW)に伴う格子の巨視的回転運動を利用した回転運動→スピン流の変換が報告された。本研究は電子のドリフト速度の渦度由来スピン流生成の初検証及び系統的調査に挑戦し、貴金属に依存しないスピン流デバイス実現への指針の提示を目指すものである。本年度は、1．スピン流の検出手法であるスピントルク強磁性共鳴（ST-FMR）測定の高精度化、2．Si-Alを用いた疑似傾斜膜でのスピントルク効率変調の2点を達成した。
1．ST-FMR測定は非磁性体/磁性体2層膜に高周波電流を印加し、エルステッド磁場とスピン流による強磁性共鳴励起を電気的に測定することで、電流からスピントルクへの変換効率を定量評価する手法である。本年度は、ST-FMRスペクトルの外部静磁場印加角度依存性を調べ、試料電極の非対称性から生じる不要磁場の影響を除去する手法を確立した。
2.Si/Al2層膜の界面にAl-Siの薄い交互層を挿入した疑似傾斜膜において、スピントルク効率の増大および交互層膜厚依存性を確認した。Si-Alの原子拡散により生じた傾斜領域中での電流の渦度由来のスピン流生成を示唆する結果であり、次年度にかけて試料断面の透過電子顕微鏡(TEM)観察や膜厚依存性をより詳細に調査する。
上記1．はスピン流検出の高精度化に関する成果であり、渦度由来のスピン流検出の定量評価に対して重要な成果である。次年度は2．で得られたスピントルク増大をより詳細に調査する。成膜条件、交互層膜厚を系統的に変化させた試料を作製しST-FMR法による電気的測定、TEMによる断面観察の両面からスピントルク増大の物理を明らかにする。
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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
本年度の当初目標は「ST-FMR法を用いたスピン流生成効率の材料依存性測定」であった。当初計画の2層構造(Al/Cu,Ti/Cu,Si/Cu)では顕著なスピントルク増大が得られなかったが、2層膜界面に薄い交互層を挿入した系でスピントルク増大の検出に成功した。しかし、スピントルク効率の挿入層の膜厚(傾斜幅)依存性は先行研究の理論予想と次数が異なり、さらなる検証が必要である。また、スピントルク検出の高精度化手法確立は微小なスピン流やその生成効率変調検出を可能にするという点でスピン渦度結合由来スピン流の系統的な定量評価達成に対して大きな成果であるといえる。以上より、現在の達成度はおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
本研究の最終目標は電子のドリフト速度の渦度由来1.スピン流生成の検出、2.系統的調査、3.他の機構(SOI)の寄与の分離である。次年度以降は、本年度の成果2．に示した、Si-Alの系をより詳細に調べることで、スピントルク増大の物理を明らかにする予定である。また、より巨大な電流の渦度生成には幅広い電気伝導率制御が必要であると考えられる。現在、リアクティブスパッタ法を用いて窒化度を制御することで電気伝導率を数桁変調できる窒化銅に着目しており、すでに成膜条件出しを終えている。次年度はこの窒化銅を用いた「制御性の良い」傾斜膜によるスピン流生成にも挑戦する。
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