| 研究課題/領域番号 |
20K22413
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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, 助教 (00879265)
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| 研究期間 (年度) |
2020-09-11 – 2022-03-31
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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 |
本年度は，n型3C-SiCのスピン流特性を実験的検証するための基礎的準備実験を進めた．スピン流電流変換物性については，本研究計画において交流スピン流生成検出法を用いることとしている．そのための測定系を所属研究室で構築した．具体的には電磁石を調達して，狭い磁極間隔中にコプレーナ導波路ならびに試料基板を設置できる機構を作製した．これにより，試料に1テスラを超える今日磁場を面直方向に印加しながら，コプレーナ導波路に及ぼされるインダクタンス応答をベクトルネットワークアナライザにより測定することが可能となった．この実験セットアップによって強磁性共鳴実験でよく用いられている磁性合金パーマロイや磁性絶縁体イットリウム・鉄・ガーネットの強磁性共鳴モードによるインダクタンス応答を観測することができた．さらに，本研究計画のSiCにおける交流スピン流電流変換実験では，磁性体/SiC界面の品質がスピン流注入物性に影響を与えるため，試料構造の検討・開発を行った．
スピン流輸送物性については，本研究計画では電気的スピン注入法を採用することとしている．そのためには，これまでの研究で行ってきたリフトオフ法による金属薄膜構造の堆積のみならず，ミリングを用いたジオメトリを精密に制御した上での削り出し工程が必要となる．SiCエピ層基板では同手法が未確立であるため，電子線照射リソグラフィ用レジストの選定やArイオンミリングを用いた一連のプロセス開発に取り組んだ．
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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
スピン流電流変換物性の測定実験については，試料面に対する面直強磁場を印加しながら試料に近接した複素透過係数をベクトルネットワークアナライザで測定する必要があるが，それを実現する測定系を計画通り構成することができた．さらに，本研究の先行研究にあたるSi/金属構造におけるスピン流電流変換の交流スピン流生成検出法に基づく検出について論文が出版された．その解析の過程で半導体をベースとした試料構造におけるスピン流電流変換効率（具体的にはスピン軌道トルク伝導度）についての知見が得られた．これはSiCを用いた本研究にも活用できるものであり，交流スピン流電流変換効率の測定に向けての進捗と言える．また，スピン流輸送物性の検証については，これまでよりも複雑になる微細加工プロセスの要所について検討を加えて，加工実験を進めることができた．
以上より本年度は，来年度にSiCのスピン流物性を検証するための準備段階の実験を概ね予定通りに進められていると判断した．
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| 今後の研究の推進方策 |
スピン流電流変換測定実験については，デバイスの作製に取り組む予定である．すでに発表されたSi/Cu/Py(パーマロイ)からなる試料によるスピン軌道トルク伝導度の実験からの知見を生かして，3C-SiCを用いたスピン流電流変換効率の測定に適した材料選択や試料構造を追求する．具体的には，電子線ビーム蒸着法などの薄膜製膜技術を用いて，3C-SiCが介在する系に高効率でスピン流を注入できる試料を開発する．
一方で，スピン流輸送物性測定においては，微細ミリングプロセス技術を確立した後は，電気的スピン流注入に必要なSiC/絶縁体/強磁性金属の堆積構造の作製を試みる．RHEEDパターンなどにより薄膜の結晶性を確かめたのち，ミリングによる伝導チャネルの形成，試料をリフトオフ法に基づく電極構築などといったデバイス作製に移る．完成した試料を用いて物理物性測定装置により温度を変調しながらスピンバルブ動作の実証を試みる．
これらの研究計画がn型3C-SiCで達成されたのちは，p型3C-SiCでも同様の実験を行い，伝導キャリアに依存したスピン流物性の違いを明らかにしていく予定である．
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