スピンデバイス開発のための円偏光二光子励起を利用した高偏極電子の生成,輸送と検出

本研究は,半導体スピンデバイス開発のために必要な高スピン偏極電子の生成,輸送と検出に関する研究を行い,スピン偏極特性、スピン検出特性などのスピン依存現象について調べることを目的としている.本年度は,スピン検出素子として期待される磁性体/半導体接合界面におけるスピン依存伝導について研究を行った。MOなど磁気記憶デバイスに用いられ,膜厚方向に磁化容易軸が揃うGdTbFeをスパッタリング法によりアンドープGaAs,および,p型GaAs上に形成した磁性薄膜/半導体接合試料を作成した.作成したGdTbFe層(膜厚200Å)の磁気特性を調べるため,振動試料型磁力計を用いた磁化曲線の測定を行い,約500Oeの保磁力を持つ垂直磁化膜の形成を確認した.次に,作成した試料の表面,裏面に電極を付け,円偏光励起により生成したスピン偏極電子による光電流を測定することにより,磁性薄膜/半導体界面でのスピン依存伝導について研究を行った.まず,励起光源として半導体レーザー,および,波長可変Ti : sapphireレーザーを用いて,磁性薄膜層側から円偏光一光子励起することで試料界面近傍の半導体中にスピン偏極電子を生成した.励起光の位相差を変化させ,光電流の励起光位相差依存性を測定し,界面でのスピン依存伝導について調べた.その結果,半導体から磁性薄膜にスピン偏極電子が流入する方向に電界を印加した場合,励起光の位相変化に依存した光電流変化が得られ,スピン依存伝導の存在が確認された.また,波長1560nmのファイバーレーザーを用いて半導体層側から界面近傍にスピン偏極電子を円偏光二光子励起し,同様の光電流測定を行った.その結果,励起光の位相変化に対し円偏光一光子励起時の約2倍の光電流変化が得られ,励起過程でのスピン偏極度の違いを反映した大きなスピン依存伝導が確認された.

本研究は,半導体スピンデバイス開発のために必要な高スピン偏極電子の生成,輸送と検出に関する研究を行い,スピン偏極特性、スピン検出特性などのスピン依存現象について調べることを目的としている.本年度は,スピン検出素子として期待される磁性体/半導体接合界面におけるスピン依存伝導について研究を行った。MOなど磁気記憶デバイスに用いられ,膜厚方向に磁化容易軸が揃うGdTbFeをスパッタリング法によりアンドープGaAs,および,p型GaAs上に形成した磁性薄膜/半導体接合試料を作成した.作成したGdTbFe層(膜厚200Å)の磁気特性を調べるため,振動試料型磁力計を用いた磁化曲線の測定を行い,約500Oeの保磁力を持つ垂直磁化膜の形成を確認した.次に,作成した試料の表面,裏面に電極を付け,円偏光励起により生成したスピン偏極電子による光電流を測定することにより,磁性薄膜/半導体界面でのスピン依存伝導について研究を行った.まず,励起光源として半導体レーザー,および,波長可変Ti : sapphireレーザーを用いて,磁性薄膜層側から円偏光一光子励起することで試料界面近傍の半導体中にスピン偏極電子を生成した.励起光の位相差を変化させ,光電流の励起光位相差依存性を測定し,界面でのスピン依存伝導について調べた.その結果,半導体から磁性薄膜にスピン偏極電子が流入する方向に電界を印加した場合,励起光の位相変化に依存した光電流変化が得られ,スピン依存伝導の存在が確認された.また,波長1560nmのファイバーレーザーを用いて半導体層側から界面近傍にスピン偏極電子を円偏光二光子励起し,同様の光電流測定を行った.その結果,励起光の位相変化に対し円偏光一光子励起時の約2倍の光電流変化が得られ,励起過程でのスピン偏極度の違いを反映した大きなスピン依存伝導が確認された.