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強磁性半導体は正孔を媒介とした磁性スピン間の相互作用を介して磁気秩序を発現する。そのため、電界による正孔数の変調による磁性制御という新しい物理現象の観測の場を提供してきた。一方で、強磁性の発現には低温環境が不可欠であり、キュリー温度の向上が課題とされている。本研究では、強磁性半導体を用いたスピン流－磁化相互作用に関する定量手法の構築と、スピン流を介した新しい物性制御手法の確立を目指し研究を進めてきた。
研究開始後2年目に当たる本年度は、初年度に続き常磁性金属/強磁性半導体および強磁性金属/強磁性半導体界面におけるスピン流生成とスピン流を介した物性制御に取り組んだ。スピンポンピングを用いたスピン流生成について、強磁性共鳴時に生じる電圧信号の面外磁場角度依存性測定から逆スピンホール効果による電圧信号の分離に成功し、強磁性半導体から常磁性金属、強磁性金属から強磁性半導体へのスピン流生成を実証することができたものの、金属/強磁性半導体界面におけるスピン流誘起物性制御の観測には至らなかった。正・逆スピンホール効果の測定に用いた常磁性金属Ptについては、高調波ホール電圧測定によるスピン流の定量実験を行った。その結果、Ptにおいてスピンホール効果により生成されるスピン流量に関して温度依存性は小さく、スピン流誘物性制御が観測されない原因が低温領域におけるスピンホールスピン流の減少によるものではないことが明らかとなった。このような高調波測定を遂行していく中で、界面に生じるスピン蓄積によって駆動されるスピン流の影響を考慮する必要性が示された。このようなスピン流はスピン拡散方程式を用いて記述することが可能であり、高調波ホール電圧信号の精密測定により、上記のような付加的なスピン流に関する定量的な研究が可能となる。本研究で得られた知見は今後のスピン流の定量的な研究に対して役立つものと期待される。
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