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2021 年度 実施状況報告書

トリプレット超伝導電流におけるスピン偏極率の電気伝導測定

研究課題

研究課題/領域番号 20K05304
研究機関九州大学

研究代表者

大西 紘平  九州大学, 理学研究院, 助教 (30722293)

研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2024-03-31
キーワードスピン流 / 超伝導 / トリプレットクーパー対 / 非局所測定 / スピンバルブ測定 / 面内構造
研究実績の概要

本研究の目的は、Fe/Cr層を用いたトリプレットクーパー対の生成技術とスピン信号の測定技術を駆使することにより、超伝導電流におけるスピン偏極率を非局所スピンバルブ測定により決定することである。さらに、トリプレット超伝導体に同技術を適用することで、そのクーパー対のスピン状態を検証可能とすることを目指す。二年目にあたる2022年度は、ナノサイズの微細構造における熱に着目して、実験を行った。
スピン流の伝導へ影響を及ぼす要素として、熱流が挙げられる。とくに超伝導体を含む低温でのスピンバルブ測定において重要となるが、ナノ構造における熱流は未だ解析的に扱えない点を多く含んでいる。そこで本年度は、スピン依存ゼーベック効果やスピンネルンスト効果による信号の影響を調べ、それがスピン信号に与える影響を明らかにした。また、超伝導状態中で熱等によって励起される準粒子の緩和過程にも着目した。準粒子の緩和におけるスピン偏極の有無による違いは、これまでスピン軌道相互作用の小さい物質でのみ議論されてきた。しかしながら、本研究では超伝導転移温度が高い一方で、スピン軌道相互作用が強いNbを用いるため、その超伝導状態におけるスピン偏極準粒子の緩和課程を実験により明らかにした。
これらの結果は、今後のスピン偏極超伝導電流を用いたスピンバルブ測定において、その信号の詳細な解析を行うことで、要因となっている成分を分離できる可能性を示している。

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

所属機関である九州大学で強磁性体および超伝導体の複合ナノ構造を作製可能としたことで、効率的に測定に必要な素子の作製が可能となっている。また測定においても、これまで研究代表者がつちかってきたスピン依存の電気伝導に関する測定技術に加え、高周波関連の測定技術や熱流に関する測定の環境が構築されてきている。それらを元に実現した本年度の成果により、測定された信号の解析においても、ノウハウが蓄積されてきた。
トリプレットクーパー対そのものの観測には至っていないものの、複合ナノ構造における種々の技術に関する成果は得られており、概ね順調に進んでいると考えている。

今後の研究の推進方策

本年度の研究から、高周波を用いたスピン注入の有効性や熱流の制御の重要性も明らかになってきた。そこで、スピン注入手法としてバイアス電流を用いた電気的スピン注入の他に、より発熱を制御できると思われる高周波による動的スピン注入手法も検討にいれて実験を進める。その結果、測定装置のセットアップは複雑にはなるものの、素子構造の自由度は高くなると考えられる。
以上により、Fe/Cr層を有する超伝導体ナノピラーを有する面内構造を作製し、スピン信号の観測を目指す他、Fe/Crを含む多層膜構造における超伝導電流のトリプレットクーパー対への変換現象の観測を目指す。それらを研究代表者が習熟しているスピン流吸収モデルに基づく計算により解析し、スピン緩和長、スピン偏極率などを決定する。

次年度使用額が生じた理由

おもに、購入予定であった低ノイズ電流源について、研究計画の変更により、次年度以降での購入に変更した。また、新型コロナウイルスの流行により、オンラインでの研究会および打ち合わせが主体となった。
次年度使用となった助成金については、翌年度分として請求した助成金と合わせ、低ノイズ電流源を購入するとともに、測定のための寒剤や試料電極のための蒸着材料購入に充てる予定である。

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (9件) (うち国際共著 2件、 査読あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] The positive exchange bias property with hopping switching behavior in van der Waals magnet FeGeTe2022

    • 著者名/発表者名
      Hu Shaojie、Cui Xiaomin、Yue Zengji、Wang Pangpang、Guo Lei、Ohnishi Kohei、Wang Xiaolin、Kimura Takashi
    • 雑誌名

      2D Materials

      巻: 9 ページ: 015037~015037

    • DOI

      10.1088/2053-1583/ac456f

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Experimental Evaluation of 3D Heat Flow Using Magneto‐Thermoelectric Effects in a Ferromagnetic Nanowire2022

    • 著者名/発表者名
      Kamruzzaman Md、Hu Shaojie、Ohnishi Kohei、Kimura Takashi
    • 雑誌名

      physica status solidi (RRL) ? Rapid Research Letters

      巻: - ページ: 2100608~2100608

    • DOI

      10.1002/pssr.202100608

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Relaxation Process of Spin-Polarized Quasiparticles in a Superconducting Nb Wire2022

    • 著者名/発表者名
      Iwahori T.、Mizokami K.、Matsuda R.、Ohnishi K.、Kimura T.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 58 ページ: 1~4

    • DOI

      10.1109/TMAG.2021.3083059

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantitative Evaluation of Heating Effect on Dynamical Spin Injection Using CoFeB/Pt/CoFeB Trilayered Film2022

    • 著者名/発表者名
      Obinata S.、Iimori R.、Ohnishi K.、Kimura T.
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 58 ページ: 1~4

    • DOI

      10.1109/TMAG.2021.3087797

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Influence of heat flow control on dynamical spin injection in CoFeB/Pt/CoFeB trilayer2022

    • 著者名/発表者名
      Obinata Sora、Iimori Riku、Ohnishi Kohei、Kimura Takashi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 12 ページ: -

    • DOI

      10.1038/s41598-022-06784-6

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Significant suppression of galvanomagnetic signal under dynamical spin injection in CoFeB/Pt bilayer2021

    • 著者名/発表者名
      Obinata Sora、Ohnishi Kohei、Kimura Takashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 118 ページ: 152401~152401

    • DOI

      10.1063/5.0046601

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Temperature profile of nanospintronic device analyzed by spin-dependent Seebeck effect2021

    • 著者名/発表者名
      Kamruzzaman Md、Hu Shaojie、Ohnishi Kohei、Kimura Takashi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 ページ: 073004~073004

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac0b05

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Pure Spin Currents Driven by Colossal Spin?Orbit Coupling on Two-Dimensional Surface Conducting SrTiO<sub>3</sub>2021

    • 著者名/発表者名
      Jin Mi-Jin、Um Doo-Seung、Ohnishi Kohei、Komori Sachio、Stelmashenko Nadia、Choe Daeseong、Yoo Jung-Woo、Robinson Jason W. A.
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 21 ページ: 6511~6517

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c01607

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Effective modulation of spin accumulation using a ferromagnetic/nonmagnetic bilayer spin channel2021

    • 著者名/発表者名
      Ariki Taisei、Nomura Tatsuya、Ohnishi Kohei、Kimura Takashi
    • 雑誌名

      Journal of Physics D: Applied Physics

      巻: 55 ページ: 095302~095302

    • DOI

      10.1088/1361-6463/ac34aa

    • 査読あり
  • [学会発表] 電流磁気効果の抑制による動的スピン注入の詳細機構の解明2022

    • 著者名/発表者名
      大日方初良,飯森陸,公田悠樹,桝本浩克,大西紘平,木村崇
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] ピエゾ効果を用いたスピンホール角の電界変調の試み2022

    • 著者名/発表者名
      一兜博人,飯森陸,大日方初良,大西紘平,木村崇
    • 学会等名
      日本物理学会 第77回年次大会
  • [学会発表] Relaxation Process of Spin-Polarized Quasiparticles in a Superconducting Nb Wire2021

    • 著者名/発表者名
      T. Iwahori, K. Mizokami, R. Matsuda, K. Ohnishi, and T. KimuraT. Iwahori, K. Mizokami, R. Matsuda, K. Ohnishi, and T. Kimura
    • 学会等名
      IEEE International Magnetics 2021 (Intermag21)
    • 国際学会
  • [学会発表] 超伝導体/常伝導体二層膜におけるスピン流2021

    • 著者名/発表者名
      大西紘平
    • 学会等名
      第1回「超伝導真空」領域推進研究会
  • [学会発表] Non-local spin transport in superconductor / ferromagnet hybrid lateral structures2021

    • 著者名/発表者名
      K. Ohnishi, and T. Kimura
    • 学会等名
      7th International Conference on Superconductivity and Magnetism (ICSM2021)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 超伝導体/常伝導体構造におけるスピン流2021

    • 著者名/発表者名
      大西紘平
    • 学会等名
      CSRNスピン若手交流会 第1回セミナー
  • [学会発表] Nb/Cu二層構造におけるスピン流の輸送特性2021

    • 著者名/発表者名
      溝上航平,岩堀拓真,胡少杰,大西紘平,木村崇
    • 学会等名
      日本物理学会 第127回九州支部例会
  • [学会発表] 遷移磁性金属細線における横ゼーベック効果の検出2021

    • 著者名/発表者名
      井上建吾,溝上航平,胡少杰,山田和正,大西紘平,木村崇
    • 学会等名
      日本物理学会 第127回九州支部例会
  • [学会発表] Electric-field control of magnetization process in Co2FeSi/BaTiO3 multiferroic hybrid2021

    • 著者名/発表者名
      Shaojie Hu, Shinya Yamada, Po-Chun Chang, Kohei Ohnishi, Kohei Hamaya, Wen-Chin Lin, and Takashi Kimura
    • 学会等名
      Materials Research Meeting (MRM) 2021
    • 国際学会

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公開日: 2022-12-28  

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