反強磁性体中のスピンダイナミクスに関する研究

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本年度も引き続き、Ti(W)/強磁性体二層膜における軌道トルクに関する研究を継続した。系統的な実験結果は理論計算とよく整合した。以上の研究でTiとWにおける軌道ホール効果によって生成される軌道流の実験的な証拠を獲得した。さらに、軌道トルクは遷移金属強磁性体の中でニッケル(Ni)が最も大きいことを示した。この成果は査読付き国際論文誌に受理され掲載されている(H. Hayashi et al., Commun. Phys. Vol. 6, 32 (2023))。本研究で観測したTi/NiやW/Ni二層膜は全て多結晶薄膜である。軌道トルクは非磁性体/強磁性体界面の結晶性が軌道流の界面透過において非常に重要な役割を果たしていることが理論的に指摘されている。そこで、本年度は、Ti/NiとTi/Ni81Fe19の単結晶二層膜を作成し、Tiの結晶方位と軌道トルクの関係性を調べた。単結晶薄膜は東京大学物性研究所の三輪グループに依頼した。特に、Ti/Ni81Fe19単結晶二層膜では結晶方位を変えるとNiと同等の軌道トルク効率になることが判明した。これは、界面における結晶性が軌道流透過率に強い影響を与えていることを示唆する。上記の研究は電流から軌道流を生成する現象である。本年度は、この逆過程に関する研究にも挑んだ。軌道流を生成する方法としてフェムト秒の超短パルスレーザーをNi/W二層膜でNi側に照射することでWに軌道流を注入することを考えた。この研究はドイツのTHzグループとの共同研究である。Wの膜厚や強磁性体の種類と構造案を議論し、サンプルを提供した。得られた実験結果はW/酸化シリコン界面で逆軌道ラッシュバ-エデルステイン効果が発現していることを明らかにした。この研究成果をまとめて現在論文投稿中である(arXiv:2301.00747(2023))。