歪みSiGeチャネルにおける室温スピン信号の増大

应变 SiGe 通道中室温自旋信号的增强

基本信息

批准号：
17H06832
负责人：
山田道洋
金额：
$ 1.91万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-08-25 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では，室温でのスピンデバイスの実現にむけて，歪みSiGeによるフォノン誘起スピン散乱の抑制とCo系ホイスラー合金による高効率スピン注入技術の確立を最終目標として行った．本年度は，SiGe上のホイスラー合金の結晶成長ならびに横型スピンバルブ素子を用いたスピン伝導実験を行った．低温においてではあるが，世界で初めてSiGe中のスピン伝導の実証し，SiGe中のスピン拡散長やスピン緩和時間を決定した．はじめに高効率スピン注入に不可欠な(111)面上でのSiGeの成長を行った．高分解能XRDならびにラマン分光測定により，(111)に配向したSiGeの成長を確認したものの，XRDの結果からはSiGe/Ge界面における欠陥の導入，歪み緩和を示す結果が得られた．その一方で，Hall効果測定の評価から，欠陥による電気伝導特性への影響は限定的であることが示された．この試料上に低温分子線エピタキシー法を用いてCo系ホイスラー合金の成長を行った．反射高速電子線回折と磁気特性評価から，ホイスラー合金/SiGe界面に反応層のない比較的良好な界面ができていることが示された．横型スピンバルブ素子を作製し，低温において非局所磁気抵抗測定によるスピン伝導実験を行った．50 Kにおいてスピン伝導を示す非局所磁気抵抗やHanle信号の観測に成功し，結果の解析から50 Kにおけるスピン拡散長ならびにスピン緩和時間を決定した．今回用いたGe組成90%のSiGe中のスピン散乱機構はGe中のスピン散乱機構と同等であることを明らかにした．残念ながら得られた信号はGeと比較すると非常に小さく，今後SiGe層の結晶性向上および界面ラフネスの低減により，さらなるスピン信号の増大を目指す．以上の結果は，SiGeを舞台にしたスピントロニクスを切り開くものである．

在这项研究中，为了在室温下实现自旋装置，我们旨在通过紧张的SIGE抑制声子诱导的自旋散射，并使用CO的基于CO的Heusler Alloys建立高效的自旋注入技术。今年，我们使用侧向自旋阀元件在SIGE和自旋传导实验上进行了Heusler合金的晶体生长。尽管在低温下，世界上第一个证明SIGE自旋传导的情况，并确定了SIGE中的自旋扩散长度和自旋松弛时间。首先，在（111）表面上生长SIGE，这对于高效自旋注射至关重要。尽管高分辨率XRD和拉曼光谱证实了（111）中sige的生长，但XRD的结果显示了SIGE/GE界面处的缺陷和菌株的松弛。另一方面，对HALL效应测量值的评估表明，缺陷对电导率特性的影响受到限制。使用低温分子束外延法在该样品上生长了基于CO的Heusler合金。高速反射电子衍射和磁性表征表明，在没有反应层的情况下，在Heusler Alloy/Sige界面形成了相对好的界面。制造了水平自旋阀元件，并在低温下使用非局部磁场测量进行了自旋传导实验。我们成功地观察到了非局部磁磁性和hanle信号，显示了50 K处的旋转传导，并且从结果分析中，确定了50 K时的自旋扩散长度和自旋松弛时间。我们已经透露，SIGE中使用的旋转散射机制为90％，可与GE中的自旋散射机理相当。不幸的是，与GE相比，获得的信号非常小，将来我们的目标是通过改善sige层的结晶度并降低界面的粗糙度来进一步增加自旋信号。以上结果打开了SIGE中的Spintronics。