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本研究課題では、有機半導体単結晶におけるスピン注入・輸送・検出の機構を解明することを主目的とし、微小磁性電極の磁化ダイナミクスを利用してスピンを注入するマイクロスピンポンピングという独自の手法により、有機半導体単結晶へのスピン注入を目指している。高いスピン注入効率および長距離のスピン拡散、およびゲート電界によるスピン制御のための指針を得るために、平成26年度は以下の研究内容を遂行した。
まず、昨年度から引き続き、強磁性電極と非磁性金属細線を接合させた微小素子を作製し、マイクロスピンポンピングによるスピン注入およびスピン輸送が可能であるかを調べた。微細加工されたFeNi合金電極とCu細線から成る素子において、Cu内へのスピンの注入およびスピンの輸送を検討した。Cu細線のチャネル長を変化させた素子を用いて評価し、理論モデルを用いて実験結果を解析したところ、Cuへスピンが注入されていることを示唆する結果が得られた。その後、上記実験で得られた知見をもとに、強磁性電極とルブレンの有機単結晶の接合を作製し、ルブレン単結晶にゲート電圧を印加しながら強磁性共鳴スペクトルを測定することに成功した。しかしながら、ルブレン中のキャリア数変調に伴うスピンポンピング効率の変化には至らなかった。これは、電界効果が働く界面が局所的であり、スピンポンピングの生じる接合界面への影響が小さかったためだと推察される。上記の研究項目と並行して、非線形磁化ダイナミクスを利用したマイクロスピンポンピングの検討も行い、スピンポンピング誘起のスピンホール電圧により磁化の非線形ダイナミクスの観測に成功した。
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