ナノスケールサイズ極限の金属超薄膜の常伝導および超伝導状態での量子伝導

磁場中でマイクロ4端子プローブ法による電気伝導測定を行う装置を開発して,固体表面上の表面状態や超薄膜中の量子井戸状態のスピン軌道相互作用を見積もることを目指している.今年度では冷却機構の改善,電気伝導測定回路およびプログラムの洗練を行い,よりストレスなく測定ができるようにした.まず分子線エピタキシーにより作成したBi(001)薄膜の磁気抵抗効果を調べた.この測定の独創点は作成から測定まで超高真空環境を破らずに行っている点にある.結果,1μmの薄膜は5Tで1,000%の磁気抵抗効果を示した.この値は過去の研究の結果よりも小さいが,その説明として,磁気抵抗効果はBi中の電子とホールの濃度比によって決まることを考えると,作成法の違いもしくは大気暴露の影響によって異なる値になると考えられる.また,他の膜厚においても磁気抵抗測定を行い,膜厚依存性から磁気抵抗における表面状態の寄与をおよそ10%と見積もった.次にAg(111)超薄膜およびAg(111)√<3>×√<3>-Bi超薄膜の磁気抵抗測定を調べた結果,両薄膜とも反局在効果を示した.さらに両者の比較から表面のBiによって反局在効果が増大するのを観測した.光電子分光によるバンド構造を参照しながら,薄膜内の各々の量子井戸状態のスピン散乱時間を定量的に解析した.その値は1ps程度であった.さらに系のスピン緩和機構がRashba効果によって起こる伝道帯のスピン分裂に起因すると仮定して,系のRashba相互作用定数を各々の量子井戸状態に対して求めた.その値は1×10^(-12)eVm程度で現行の角度分解光電子分光では検出できない値である.以上の研究によって,上記の複合環境で動作する磁気輸送測定装置を開発することで,磁気輸送現象における金属量子薄膜のスピン軌道相互作用を調べる手段を確立した.

磁場中でマイクロ4端子プローブ法による電気伝導測定を行う装置を開発して,固体表面上の表面状態や超薄膜中の量子井戸状態のスピン軌道相互作用を見積もることを目指している.今年度では冷却機構の改善,電気伝導測定回路およびプログラムの洗練を行い,よりストレスなく測定ができるようにした.まず分子線エピタキシーにより作成したBi(001)薄膜の磁気抵抗効果を調べた.この測定の独創点は作成から測定まで超高真空環境を破らずに行っている点にある.結果,1μmの薄膜は5Tで1,000%の磁気抵抗効果を示した.この値は過去の研究の結果よりも小さいが,その説明として,磁気抵抗効果はBi中の電子とホールの濃度比によって決まることを考えると,作成法の違いもしくは大気暴露の影響によって異なる値になると考えられる.また,他の膜厚においても磁気抵抗測定を行い,膜厚依存性から磁気抵抗における表面状態の寄与をおよそ10%と見積もった.次にAg(111)超薄膜およびAg(111)√<3>×√<3>-Bi超薄膜の磁気抵抗測定を調べた結果,両薄膜とも反局在効果を示した.さらに両者の比較から表面のBiによって反局在効果が増大するのを観測した.光電子分光によるバンド構造を参照しながら,薄膜内の各々の量子井戸状態のスピン散乱時間を定量的に解析した.その値は1ps程度であった.さらに系のスピン緩和機構がRashba効果によって起こる伝道帯のスピン分裂に起因すると仮定して,系のRashba相互作用定数を各々の量子井戸状態に対して求めた.その値は1×10^(-12)eVm程度で現行の角度分解光電子分光では検出できない値である.以上の研究によって,上記の複合環境で動作する磁気輸送測定装置を開発することで,磁気輸送現象における金属量子薄膜のスピン軌道相互作用を調べる手段を確立した.