光励起GaAsマイクロ探針を用いた新しいスピン偏極走査型トンネル顕微鏡の開発

使用光激发砷化镓微尖端开发新型自旋偏振扫描隧道显微镜

• 批准号: 11750256
• 负责人: 山口 浩一
• 金额: $ 1.41万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1999
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1999 至 2000
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-11750256/
• 关键词: 走査型トンネル顕微鏡; スピン偏極走査型トンネル顕微鏡; GaAs; 磁性; 探針; 微細加工; スピン偏極電子; 光励起

光励起GaAs探針を用いたスピン偏極走査型トンネル顕微鏡(SP-STM)の開発を目的として,主に以下の2点について研究を進めた.<1>GaAs探針の時間分解偏光フォトルミネッセンス(TR-PPL)測定TR-PPL測定用のGaAs探針基板を作製し,SP-STM測定と同様に円偏光の水平入射励起時におけるTR-PPLスペクトルを測定した.探針周辺にはAu薄膜を蒸着し,Au薄膜の表面反射による影響を考慮した.室温のTR-PPLスペクトルより,励起電子の寿命104psとスピン緩和時間74psが得られ,定常状態におけるスピン偏極率は約20%と見積もられたが,発光強度の非対称性からは約50%低下した10%のスピン偏極率となった.この低下の主な要因は,入射円偏光が金属表面での反射によって直線偏光成分に変換されたためであると考えられ,水平入射型のSP-STMの場合には重要な効果であることを明らかにした.<2>スピン偏極STMシステムの改良と測定これまではロックインアンプを用いた円偏光変調信号の検出システムを採用してきたが,円偏光励起方式の自由度を高めるためにDAボードからの信号で直接偏光モードの制御を行ない,トンネル電流およびフィードバック制御信号を検出するシステムに改良した.Ni薄膜を用いたトンネルスペクトル測定において,これまでのシステムに比べ再現性の高いスピン偏極率を検出することが可能となった.さらにSP-STM像では,従来のシステムで観察された試料表面のトポグラフィに依存した信号を有効に抑制でき,スピン信号のみの画像化も可能であることが分かった.

The purpose of the development of optical excitation GaAs probe is to investigate the polarization polarization pattern of SP-STM. <1>GaAs probe substrate for TR-PPL measurement was fabricated,SP-STM measurement and polarization measurement were performed, and TR-PPL probe substrate was measured. The influence of Au thin film surface reflection on the evaporation of Au thin film at the periphery of probe should be considered. The lifetime of excited electrons at room temperature is 104ps and the relaxation time is 74ps. The polarization ratio of excited electrons at steady state is about 20%. The polarization ratio of excited electrons at room temperature is about 50%. The main reason for this is that the incident polarized light is reflected from the metal surface, and the linear polarized light component is converted into the horizontal incident SP-STM. <2>The improved polarization mode of STM system can be used to measure the polarization mode of STM system. Ni thin films can be used to measure the high reproducibility of the system and the high polarization ratio of the system. SP-STM imaging is a method for detecting the surface of a sample. It is possible to detect the surface of the sample by detecting the signal dependence and suppressing the signal dependence.

项目成果

山口 浩一 他: "光励起GaAs探針を用いたスピン偏極走査型トンネル顕微鏡の試み"真空誌. 43巻. (2000)

Koichi Yamaguchi 等人：“尝试使用光激发 GaAs 尖端的自旋偏振扫描隧道显微镜”真空杂志第 43 卷。

K.Yamaguchi 他: "Spin-Polarized Scanning Tunneling Microscope Using Optically Pumped GaAs Microtips"Functional Materials. 6. 575-579 (1999)

K. Yamaguchi 等人：“使用光泵浦 GaAs 微尖端的自旋偏振扫描隧道显微镜”功能材料。 6. 575-579 (1999)

篠原亮一,山口浩一: "円偏光励起GaAsマイクロ探針のスピン偏極トンネル電子源への応用"電子情報通信学会論文誌C-II. J83-C,No.9. 835-841 (2000)

Ryoichi Shinohara、Koichi Yamaguchi：“圆偏振光激发 GaAs 微尖端在自旋偏振隧道电子源中的应用”IEICE Transactions C-II，第 9. 835-841 (2000)。

山口浩一 他: "光励起GaAs探針を用いたスピン偏極走査型トンネル顕微鏡の試み"真空. 43巻5号. 580-586 (2000)

Koichi Yamaguchi 等人：“尝试使用光激发 GaAs 探针进行自旋偏振扫描隧道显微镜”，真空，第 43 卷，第 5 期，580-586。

R.Shinohara,K.Yamguchi 他: "Lifetime and Spin Relaxation Time Measurements of Micro-fabricated GaAs Tips"Japanese Journal of Applied Physics. Vol.39 No.12B. 7093-7096 (2000)

R. Shinohara、K. Yamguchi 等人：“微制造 GaAs 尖端的寿命和自旋弛豫时间测量”，日本应用物理学杂志，第 39 卷，第 7093-7096 期（2000 年）。