スピン流伝播に関する直接計測法の開発とその学理の総合的発展

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本課題では、スピン流伝搬の直接計測法を開発し、その学理発展を目的としている。その手段として、スピン流が発生・伝搬を経て到達した先において、磁気共鳴信号の強度が変化することを期待する。今年度は主に、スピンゼーベック効果を介してスピン流を熱的に発生させ、それが伝搬した先で磁気共鳴信号を変化せることができるかを調べる実験に注力した。用いた素子構造は熱発生層/強磁性層1/スピン流伝搬層/強磁性層2の4層素子である。この素子構造を用いたねらいは、熱発生層での熱発生により強磁性層1に温度勾配を発生させ、それにより非磁性層からなるスピン流伝搬層にてスピンゼーベック効果を介したスピン流を発生・伝搬させ、そのスピン流が到達した強磁性層2における強磁性共鳴（FMR）信号の変化の観測を目指す。熱発生層としては有機層を用い、多くの熱を発生させるために1.4μmの比較的厚い膜を作成し、光照射による吸収熱を用いて熱発生させた。スピン流伝搬層にはスピン拡散長が長いCuを用い、ロスを減らすために10nmとした。また強磁性層1と2にはそれぞれパーマロイ(Py)とFeを用いた。異種金属を用いることで各々のFMR信号を区別することを目指した。FMR計測に先立って、強磁性層2を非磁性金属Ptに変え、熱発生スピン流が到達したことによる起電力がPt層にて観測されることを確かめた。これはスピンゼーベック効果が生じたことを実証する。一方で、上記4層素子にて強磁性層2のFMR信号変化の観測を試みたが、その変化は観測されなかった。その原因として考えられるのが、スピン流の発生量不足である。スピンゼーベック効果で観測された起電力は数十nV程度であり、かなり小さかった。この小さいスピン流発生量に対して、FMR信号の微小変化観測のために、熱発生を交流化してロックイン計測を行える系を構築できた。ただし、信号観測は実現しなかった。