ナノ磁性体の非局所スピン注入による高速磁化挙動と高速スピンデバイス展開

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本課題は, 電荷を伴わない純粋なスピン流のみをナノ磁性体の磁化へ作用させ, 磁化の制御性に優れ, 高速な, 新しいスピンデバイスの創製の基礎となる知見を得ることを目的としている, 本年度は, その純スピン流の生成手法としてスピンホール効果に着目し, その電流からスピン流への変換効率スピンホール角のスピンポンピング法による評価を試みた. 評価には, 絶縁膜(A1-0)により隔てられた, Py/非磁性体(Pt, CuBi)の二層膜から成る細線構造と, コプレーナウェーブガイド(CPW)から成る素子を用いた. CPWより生じる高周波磁界により二層膜細線のPyの強磁性共鳴を誘起し, 隣接する非磁性体内へ流入するスピン流から逆スピンホール効果により細線の両端に生じると期待される直流電圧を, 直流磁場を変化させながら測定した. 細線にPy10nm/Pt10nm二層膜を用いた素子について, その直流電圧の磁場依存性において, 逆スピンホール効果によると考えられるピークが観測された. Py/Pt細線長のみを系統的に変化させた測定を行った所, 細線長の増大に伴い直流電圧ピークの最大値が増大することが確認され, Mosendzらの先行研究(Phys. Rev. B 2010)と概ね同様の結果を得た. 次に, Py5nm/Cu_<94>Bi_65nm二層膜を用いた素子の評価を行った. なお, 面内スピンバルブ素子を用いたCuBi合金系についての先行研究(Niimi et al. Phys. Rev. Lett. 2012)では, スキュー散乱を起源として, -24%ものスピンホール角が得られている. Py/Ptと同様, 直流電圧の磁場依存性においてピークが観測された. LLG方程式から導かれる理論式を用いた解析から, スピンホール角の大きさは1%程度と見積もられ, 負のスピンホール角とするNiimiらの先行研究と異なった. その理由として, CuBi内のBiの偏析により, Py直上にBi濃度の高い領域が形成されたことが挙げられる.