Developments of reconfigurable quantum superconducting devices based on rotational spin current

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今年度は、ピラー型の非局所スピンバルブで問題となる、スピン蓄積の二次元的拡散を抑制するため、スピン蓄積が生じるチャネル層の面積を減少させ、スピン蓄積を閉じ込めることで、スピン蓄積の増大を試みた。その結果、スピン蓄積信号が３倍程度増大することを確認した。この増大効果は、チャネル部の面積の減少によりさらに大きくなる為、閉じ込め効果の増大によるスピン信号の更なる増大が期待できる。また、NbN 薄膜作製の最適化に関しても実験を行った。スパッタ中の雰囲気ガスの Ar と N2 分圧比を変えながら、成膜された NbN 単膜の超伝導転移温度を用いて評価した結果、N2 分圧が 2 % 付近で SiO2 基板上の膜厚 30 nm の NbN 薄膜の転移温度が 11.4 K となった。更に、本条件を採用して、ナノピラー型の横型スピンバルブを作製し、非局所スピンバルブ測定を行った結果、NbNの超伝導転移に伴いスピン信号の増大が観測されており、超伝導ギャップの形成によるスピン吸収効果の抑制が確認できる。この温度依存性を調べたところ、温度の低下とともに、スピン信号が増大する傾向が確認された。このような特性は、以前のNbを用いた素子でも観測されているが、NbNを用いることで、より大きな増大が観測されること、更に、十分低温で、スピン信号の飽和の傾向が観測されていることが確認された。