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2011 年度 実績報告書

スピン流を用いた物性制御法の探索

研究課題

研究課題/領域番号 23244071
研究種目

基盤研究(A)

研究機関東京大学

研究代表者

大谷 義近  東京大学, 物性研究所, 教授 (60245610)

研究分担者 新見 康洋  東京大学, 物性研究所, 助教 (00574617)
福間 康裕  独)理化学研究所, 量子ナノ磁性研究チーム, 研究員 (90513466)
キーワードスピン流 / スピン注入 / スピン蓄積 / スピントルク / 金属絶縁体転移
研究概要

本研究課題では(1)純スピン流による微小磁性体発振励起と(2)スピン蓄積による局所相転移を発現させることを最終的な目的としている。両目的を達成するためには、スピンバルブ構造において銀細線中のスピン蓄積を可能な限り増大させかつ拡散伝導する集団スピンを制御性良く操作することが必須となる。そのためにはスピン偏極フィルターとして作用するMgO界面層構造の最適条件を決定すると同時に磁性ナノ細線を橋渡しする銀ナノ細線中のスピン緩和機構を理解することと集団スピンの歳差運動の詳細を理解することが重要である。
この2点に主眼を置き研究を進めた。その結果、再現性良く巨大なスピン蓄積効果を生じさせる手法を確立し、また銀細線中を伝搬するスピン流の緩和機構がElliot-Yafet機構により説明できることを示した。この機構では、縮退したBloch電子状態がスピン軌道相互作用により分裂するため、通常スピンに依存しない相互作用である格子振動、結晶粒界、非磁性不純物などによりスピン反転が起こるが、温度依存性の実験的から、格子振動が主要因となるBloch-Gruneisen理論でよく説明できることを明らかにした。更に、従来の200倍強の信号を生む巨大蓄積効果と複数のスピン注入端子を用いることで10ミクロンの銀ナノ細線中を集団スピンが2π回転しながら伝搬することを実験的に示すことに成功した。また、スピン伝搬の媒体材料としてSiやMg等の軽元素に関しても面内非局所スピンバルブ実験を行い、素子材料の可能性を探索した。

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

研究全体の進行状況という観点からはおおむね順調に進んでいる。一方で、基礎的なスピン蓄積現象の理解とその操作という観点については、スピン蓄積信号の巨大増強と複数スピン注入端子の手法を組み合わせることで、10ミクロンに及ぶ長距離拡散伝導を達成した。更にこのデバイスに垂直磁場を印加することで比較的に良好なコヒーレンスを保ったまま2π回転の歳差運動をさせることに成功した。これらの結果はNature Materials誌に掲載発表され、研究開始当初の予想以上の成果と考えている。

今後の研究の推進方策

今後は、このように安定に発現させることに成功した巨大スピン蓄積を効率よくターゲット材料に非局所注入する実験を急ピッチで展開する。具体的には純スピン流誘起磁化ダイナミクスの観測を成功させる。スピンバルブ構造を構成する強磁性材料としてよりスピン偏極率の高いFe-Co合金なども検討して実験を遂行する。スピン蓄積による局所相転移に関する課題もより加速させて研究を進めたい。被スピン注入物質の見直しも検討する。例えば、金属絶縁体転移を示す物質に比べて作製が容易な反強磁性強磁性磁気転移を示すFeRh合金にも着目して実験を遂行する。

  • 研究成果

    (13件)

すべて 2012 2011 その他

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (7件) 図書 (1件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Spin Injection Into Magnesium Nanowire2011

    • 著者名/発表者名
      H.Idzuchi, Y.Fukuma, L.Wang, Y.Otani
    • 雑誌名

      IEEE Transactions on Magnetics

      巻: 47 ページ: 1545-1548

    • DOI

      10.1109/TMAG.2011.2108272

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effect of annealing on interfacial spin polarization and resistance in Permalloy/MgO/Ag lateral spin valves2011

    • 著者名/発表者名
      L.Wang, Y.Fukuma, H.Idzuchi, G.Yu, Y.Jiang, Y.Otani
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Exp.

      巻: 4 ページ: 093004-1-3

    • DOI

      10.1143/APEX.4.093004

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Giant enhancement of spin accumulation and long-distance spin precession in metallic lateral spin valves2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuma, L.Wang, H.Idzuchi, S.Takahashi, S.Maekawa, Y.Otani
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 10 ページ: 527-531

    • DOI

      10.1038/nmat3046

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Large Spin Accumulation with Long Spin Diffusion Length in Cu/MgO/Permalloy Lateral spin Valves2011

    • 著者名/発表者名
      T.Wakamura, K.Ohnishi, Y.Niimi, Y.Otani
    • 雑誌名

      Appl.Phys.Exp.

      巻: 4 ページ: 063002-1-3

    • DOI

      10.1143/APEX.4.063002

    • 査読あり
  • [学会発表] 面内スピンバルブ構造におけるスピン歳差運動のコヒーレンス2012

    • 著者名/発表者名
      井土宏, 福間康裕, 大谷義近
    • 学会等名
      日本物理学会第67回年次大会
    • 発表場所
      関西学院大学
    • 年月日
      2012-03-25
  • [学会発表] Giant spin accumulation and long-distance spin precession in metanic lateral spin valves2012

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuma, H.Idzuchi, Y.Otani
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 発表場所
      Boston, USA(invited)
    • 年月日
      2012-02-27
  • [学会発表] Long-distance spin precession in non-local lateral spin valves with giant spin accumulation2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Otani, Y.Fukuma, H.Idzuchi
    • 学会等名
      56th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      Scottsdale, USA(Invited)
    • 年月日
      2011-11-04
  • [学会発表] Enhanced spin accumulation in multiterminal lateral spin valves2011

    • 著者名/発表者名
      H.Idzuchi, Y.Fukuma, Y.Otani
    • 学会等名
      56th Annual Canference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      Scottsdale, USA
    • 年月日
      2011-11-03
  • [学会発表] 面内スピンバルブ構造におけるスピン蓄積偏極ベクトルの歳差運動制御2011

    • 著者名/発表者名
      井土宏, 福間康裕, 王楽, 大谷義近
    • 学会等名
      日本物理学会2011年秋季大会
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2011-09-21
  • [学会発表] Strongly enhanced spin accumulation and long distance spin manipulation in lateral spin valves2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Otani
    • 学会等名
      ecent Trends in Nanomagnetism, Spintronics and their Application
    • 発表場所
      Ordizia, Spain(invited)
    • 年月日
      2011-06-04
  • [学会発表] Strongly enhanced spin accumulation by introducing MgO interface layer in non-local spin valves2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Fukuma, L.Wang, H.Idzuchi, Y.Otani
    • 学会等名
      InterMag
    • 発表場所
      Taipei, Taiwan(invited)
    • 年月日
      2011-04-27
  • [図書] Nonlocal spin valves in metallic nanostructures2011

    • 著者名/発表者名
      Y.Otani, T.Kimura
    • 総ページ数
      10
    • 出版者
      CRC Press, Taylor & Francis Group
  • [備考] URL

    • URL

      http://www.riken.jp/lab-www/nanomag/indexjpn.html

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公開日: 2013-06-26  

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