Transformation of thermal and spin functions by nanosuperstructures

本研究の目的は、ナノスケールの磁性ナノ超構造を基軸とし、熱とスピンの相関現象に係る革新的な物理を解明しその機能を極限まで引き出すことである。今年度は、スパッタリング法によりさまざまな組成比を有するCo-Ge薄膜を作製し、異常ホール効果および異常ネルンスト効果を室温で測定した。Geの添加量を増加させたところ、異常ホール効果、異常ネルンスト効果ともに組成に依存して大きな変化が見られた。特に異常ネルンスト効果は650 nV/Kまで上昇した。この値はCo単層膜よりも大きな値であり、ナノ構造が異常ネルンスト効果を上昇させたと考えられる。また、Nb単層膜及びNb/Fe 2層膜を作製し、薄膜面直に熱勾配を、薄膜面内に外部磁場を印加した状態で、超伝導転移温度付近およびそれ以下の温度でのネルンスト効果を測定した。Nb単層膜では、温度の上昇に従い、ネルンスト効果に起因すると思われるピーク構造が消失していく傾向が見られた。一方、Nb/Fe 2層膜ではNb単層膜とは異なる電圧プロファイルが観測された。これはFeからNbへスピン流が注入されることにより生じた逆スピンホール効果が重畳しているためであることが分かった。さらに、磁気フラストレーション系におけるスカーミオン構造の特徴量である「トポロジカルチャージ」を円偏光照射によって制御できること理論的に示した。円偏光によって、磁気スカーミオン構造のトポロジカルチャージの符号を揃えることができることが分かった。

本研究の目的は、ナノスケールの磁性ナノ超構造を基軸とし、熱とスピンの相関現象に係る革新的な物理を解明しその機能を極限まで引き出すことである。今年度は、スパッタリング法によりさまざまな組成比を有するCo-Ge薄膜を作製し、異常ホール効果および異常ネルンスト効果を室温で測定した。Geの添加量を増加させたところ、異常ホール効果、異常ネルンスト効果ともに組成に依存して大きな変化が見られた。特に異常ネルンスト効果は650 nV/Kまで上昇した。この値はCo単層膜よりも大きな値であり、ナノ構造が異常ネルンスト効果を上昇させたと考えられる。また、Nb単層膜及びNb/Fe 2層膜を作製し、薄膜面直に熱勾配を、薄膜面内に外部磁場を印加した状態で、超伝導転移温度付近およびそれ以下の温度でのネルンスト効果を測定した。Nb単層膜では、温度の上昇に従い、ネルンスト効果に起因すると思われるピーク構造が消失していく傾向が見られた。一方、Nb/Fe 2層膜ではNb単層膜とは異なる電圧プロファイルが観測された。これはFeからNbへスピン流が注入されることにより生じた逆スピンホール効果が重畳しているためであることが分かった。さらに、磁気フラストレーション系におけるスカーミオン構造の特徴量である「トポロジカルチャージ」を円偏光照射によって制御できること理論的に示した。円偏光によって、磁気スカーミオン構造のトポロジカルチャージの符号を揃えることができることが分かった。