強磁性・反強磁性半導体を用いた超高速スピントロニクスに関する研究

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分子線エピタキシ法によりGaAs基板上にCuMnAsの結晶成長を行った。反射高エネルギ電子線回折による結晶成長表面のその場観察を行い、ストリークパターンが観測されたことから、単結晶薄膜の結晶成長に成功していることが分かった。誘導結合プラズマ質量分析計を用いた組成分析により、結晶成長した単結晶薄膜がCuおよびMnを含有していることを確認した。エネルギ分散X線分光法により元素マッピングを行い、CuおよびMnが結晶中に均一に分布しており偏析等がないことを確認した。結晶成長後にX線回折測定を行ったところ、CuMnAsの回折ピークが観測され、成長した試料がCuMnAs単結晶であることが確認できた。また、磁化率の温度依存性を測定したところ、磁化率は温度上昇に伴い増加し400ケルビン付近でピークを取ることから、CuMnAsが室温以上のネール温度を有する反強磁性体であることが確認できた。反強磁性金属PtMnと強磁金属パーマロイの積層構造における電流-スピン変換効率を決めるために、パーマロイに強磁性共鳴を励起した際に下地のPtMnに生じる直流電圧信号の測定を行った。直流電圧信号の一部は逆スピンホール効果から生じており、電流-スピン変換が行われることが分かった。併せて非磁性金属Taと強磁性金属パーマロイの積層構造において、パーマロイに強磁性共鳴を励起した際のスペクトルの半値幅を調べると、下地層が反強磁性金属PtMnの場合のそれよりも小さく、下地層が反強磁性金属PtMnの場合にはより効率の良い電流-スピン変換が行われている可能性を示唆した。