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Light-spin interconversion in heavy metals with strong spin orbit coupling

具有强自旋轨道耦合的重金属中的轻自旋互变

基本信息

批准号：
22KJ0496
负责人：
廣瀬葉菜
金额：
$ 2.18万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は半金属薄膜と金属薄膜からなるヘテロ構造に円偏光を照射し、円偏光の旋回性に依存する光起電流を調査した。半金属にはディラック型の電子構造を持つとされるビスマスを用い、金属薄膜にはAgやCuを使用した。Bi/AgやBi/Cuでは、界面にラシュバ型のスピン軌道相互作用が発現することが報告されており、それが偏光依存光起電流に与える影響を調べた。（フォトガルバニック効果の発現にはラシュバ型の電子構造が必要であることが知られている。）実験の結果、半金属/金属ヘテロ構造の偏光依存光起電流が、半金属薄膜や金属薄膜などの単層膜と比較して大きく増大することがわかった。また、光の入射角度を変えて偏光依存光起電流を調査した結果（正面 vs. 背面入射）、偏光依存起電流の符号が変化した。これらの結果から、半金属/金属ヘテロ構造の偏光依存光起電流の発現機構を説明できるモデルを構築した。円偏光照射によって半金属で生成されたスピン流は、半金属/金属界面の大きなスピン軌道相互作用によって吸収され、試料全体に流れるスピン流の大きさ、符号に影響を与える。半金属の逆スピンホール効果により、スピン流は電流に変換されるため、偏光依存光起電流は半金属/金属の界面に依存する。この仮説は実験結果をよく説明できることがわかった。これらの結果は、ディラック型の電子構造を持つとされる半金属における非線形光学効果の理解に大きく貢献するものであり、今後の展開が期待される。

This year, we investigated the photoinduced current dependent on the polarization of semi-metallic and metallic films. Semi-metallic thin films are used for Ag and Cu. Bi/Ag/Bi/Cu interface interaction occurs due to polarization-dependent photoinduced currents and influences. (The electronic structure of the reverse type is necessary for the development of the effect.) The results show that the polarization dependent photoinduced current of semi-metal/metal thin film structure increases greatly compared with that of semi-metal thin film and metal thin film. Results of Polarization Dependent Photoelectric Current Investigation (Front vs. Back Incident) and Sign Change of Polarization Dependent Photoelectric Current The result of this study is that the polarization dependent photocurrent generation mechanism of semi-metal/metal structure is described. Polarized light irradiation produces a semi-metallic flow, semi-metallic/metal interface interaction, absorption, sample flow, and sign effects. Semi-metallic photocurrent depends on the interface between the metal and the semi-metallic.この仮说は実験结果をよく说明できることがわかった。The results are expected to contribute greatly to the understanding of nonlinear optical effects in semi-metallic materials.