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磁区構造制御を用いた強磁性金属/半導体ナノ接合によるスピン検出

使用磁域结构控制使用铁磁金属/半导体纳米结进行自旋检测

基本信息

批准号：
15034206
负责人：
谷山智康
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至无数据
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15034206/
关键词：
磁性細線半導体光スピン励起スピン伝導

项目摘要

本研究では,半導体中の電子スピンが半導体/強磁性金属界面を透過する際,その透過率が強磁性金属の磁気モーメントの方向と半導体中の電子スピンの方向との相対的関係により決定されることを利用して,半導体中のスピンの検出を行うことを目的とする.具体的には,p-GaAs基板上に「ハの字」形状を有する線幅1μm以下のFe細線を微細加工し,これに基板面内の二つの異なる方向に磁場を印加する.これにより,Feの形状磁気異方性に起因して二つの異なる単磁区磁区構造を有する残留磁化状態を実現することが出来た.実際,磁気力顕微鏡による直接観察により,所望の磁区構造が得られたことを確認した.このようにして得られた二つの磁区構造を持つ試料に対して,円偏光を照射し,GaAs基盤中にスピン偏極電子を生成する.生成されたスピン偏極遺伝子は,そのスピン偏極方向に対して大きな状態密度を有するFe細線へと優先的に伝導すると期待される.本研究では,この現象を利用してGaAs中に生成されたスピンを検出することを試みた.その結果,磁区構造の変化を反映してFe/GaAs(001)界面を伝導する光電流の明瞭なバイアス依存性の変化が観測され,バイアス電圧-0.7Vにおいて光電流の有効的スピン選択率が3.4%と見積もられた.この成果は,本研究で用いた手法によりGaAs中のスピンを検出することが可能であることを示唆している.しかし一方で,半導体から強磁性金属への電子伝導の際には,いわゆるconductivity mismatchの問題が生じないと考えられるにもかかわらず,測定されたスピン選択率は小さく,当初予測したようにFe/GaA接合の界面状態に起因するスピン反転散乱が顕著であると推察される.この問題を解決するためには,接合界面の制御が必須であると考えられる.

In this study, the relationship between the transmission of electrons in semiconductors and the transmission of electrons in semiconductors at the interface between semiconductors and ferromagnetic metals is studied. Specifically, Fe fine wires with a width of less than 1μm are micromachined in the shape of "" on p-GaAs substrates, and magnetic fields in two different directions in the substrate plane are introduced. The reason of Fe shape magnetic anisotropy is that the structure of magnetic domain has residual magnetization state. In fact, the magnetic force microscope directly observed, the desired magnetic structure was confirmed. In this case, the structure of two magnetic domains was obtained. The polarized electrons were generated in GaAs substrates. The generation of polarization vectors is expected to be based on the polarization direction of the large state density and the preferential conduction of Fe fine lines. In this paper, we try to make use of this phenomenon in GaAs. As a result, the variation of magnetic domain structure reflected the Fe/GaAs(001) interface conduction, and the variation of photocurrent dependence was measured. The results of this study show that GaAs can be detected by using the method. In one aspect, the conductivity mismatch of semiconductor ferromagnetic metals was investigated and the selectivity of Fe/GaA interface was determined. This problem must be solved in order to control the joint interface.