高速熱特性計測による磁性金属中の熱・スピン輸送機構の解明

本研究は，磁性金属中の複数のキャリアの熱・スピン輸送機構を明らかにし，金属接合系に生じるスピンカロリトロニクス現象である熱スピン効果（熱流とスピン流の変換効果）や巨大磁気熱抵抗効果（磁性体の磁化配置の変化に伴う熱抵抗の変調効果）の性能向上に向けた材料設計指針を得ることを最終目的としている．スピン流生成層（Pt）/磁性絶縁層（NiO）/磁性金属層からなる三層構造において，熱スピン効果に伴う熱応答の過渡情報から磁性金属中の伝導電子とマグノンの特性長を同定し，磁性金属材料の電子状態と特性長の相関を系統的に評価することで，性能向上の指針を得ることを目指した．今年度は，反強磁性絶縁体NiOのエピタキシャル薄膜の作製・寄生信号となる磁気熱電効果の影響を排除した熱スピン効果測定・NiOのスピン輸送特性評価の3点について研究を進めた．MgO(111)基板上にPt薄膜およびNiO薄膜を成膜し，反射高速電子線回折法とX線回折によりこれらの薄膜がエピタキシャル成長していることを確認した．そして，反射光強度測定に基づく測温法（ロックインサーモリフレクタンス法）を用い，Pt/NiO/CoFeB三層系において磁気熱電効果の寄与を排除した熱スピン効果の測定に成功した．さらに熱スピン効果のNiO膜厚依存性測定より，特性長同定に向けた最適なNiO膜厚の決定およびNiOのスピン透過長の評価を行った．本成果により金属接合系におけるスピンカロリトロニクス現象の詳細を理解するための基盤を築くことができた．

本研究は，磁性金属中の複数のキャリアの熱・スピン輸送機構を明らかにし，金属接合系に生じるスピンカロリトロニクス現象である熱スピン効果（熱流とスピン流の変換効果）や巨大磁気熱抵抗効果（磁性体の磁化配置の変化に伴う熱抵抗の変調効果）の性能向上に向けた材料設計指針を得ることを最終目的としている．スピン流生成層（Pt）/磁性絶縁層（NiO）/磁性金属層からなる三層構造において，熱スピン効果に伴う熱応答の過渡情報から磁性金属中の伝導電子とマグノンの特性長を同定し，磁性金属材料の電子状態と特性長の相関を系統的に評価することで，性能向上の指針を得ることを目指した．今年度は，反強磁性絶縁体NiOのエピタキシャル薄膜の作製・寄生信号となる磁気熱電効果の影響を排除した熱スピン効果測定・NiOのスピン輸送特性評価の3点について研究を進めた．MgO(111)基板上にPt薄膜およびNiO薄膜を成膜し，反射高速電子線回折法とX線回折によりこれらの薄膜がエピタキシャル成長していることを確認した．そして，反射光強度測定に基づく測温法（ロックインサーモリフレクタンス法）を用い，Pt/NiO/CoFeB三層系において磁気熱電効果の寄与を排除した熱スピン効果の測定に成功した．さらに熱スピン効果のNiO膜厚依存性測定より，特性長同定に向けた最適なNiO膜厚の決定およびNiOのスピン透過長の評価を行った．本成果により金属接合系におけるスピンカロリトロニクス現象の詳細を理解するための基盤を築くことができた．