Si/Al界面のナノスケール傾斜制御と高効率スピン流生成に関する研究

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本研究の目的は電気伝導度勾配を生み出すSi-Al傾斜材料の作製、成膜・熱処理条件による傾斜制御とスピン流生成特性変化の定量化を通したスピン渦度結合の物理の解明である。本年度はSi-Al傾斜材料/強磁性体薄膜を数種類の成膜条件で作製し、スピン流生成効率を定量評価した。スパッタ圧力、成膜速度によってスピントルク効率が異なることを発見し、最大のスピントルク効率を示す条件の試料についてST-FMR法とダンピング変調法の2種類の手法で評価した。我々はどちらの手法においてもSi-Al傾斜導入によってスピントルク効率が増大する結果および、傾斜幅が小さいほどトルク効率が大きいという傾向を観測した。これにより、組成傾斜とスピン流生成の相関を強く示唆する証左を得たと言える。また、本年度は当初の予定を早めSiAl傾斜材料に対して熱処理を加える実験も遂行した。Si-Al傾斜材料/NiCu膜を成膜後に真空中(＜10^-4 Pa)にて150、250、350℃の各温度で30分熱処理を加えた後、微細加工を施しST-FMR測定を行った。その結果250℃の熱処理後の試料ではNiCuの飽和磁化が半減、300℃の熱処理では強磁性共鳴信号が全く見えないという結果となった。これは熱処理によってAl/NiCu界面での原子混合が生じ、NiCuの磁化が失われたことが原因と考えられる。このAl/NiCu界面拡散は本研究の目的であるSi/Al界面の熱処理制御とその評価の妨げになる問題である。これはプロセスの改善(成膜中アニール)、Al/NiCu界面へのバリア材料導入などの検討を行い来年度計画の「熱処理条件による傾斜構造制御」を遂行する必要があることが明らかとなった点で重要な知見である。