ハーフメタリックマンガン酸化物を用いた純スピン流の高効率生成とそのデバイス応用

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室温での完全スピン偏極状態(ハーフメタル特性)が理論的に予言されているLaSrMnO3 (LSMO)膜は、結晶成長技術が極めて困難であるため、限られた研究者のみが高品質な薄膜を作製できる材料である。一方、受け入れ研究者が得意とする純スピン流生成技術も、限られた研究機関のみが実現できる技術である。この2つの研究者のシーズ技術を組み合わせることで、純スピン流実用化におけるこれまでの最大の課題であったスピン生成効率の飛躍改善を実証するのが本研究の最大の目的である。上記に加えて、LSMOの低損傷微細加工技術、形状による磁区構造制御、スピンダイナミクスなど、受け入れ研究者の有する様々なシーズ技術をLSMOに適用し、LSMOを用いたナノスピンデバイスにおける新奇デバイス応用の可能性の探索も研究目標の一つである。高品質LSMO膜に関して、磁区構造と電気抵抗の相関を詳細に調べ、磁壁一つ辺りの抵抗率を精密に計算する手法を開発した。更に、低エネルギーなArイオンミリングを用いて、高品質なLSMO薄膜の微細加工技術を開発した。また、磁気力顕微鏡を用いて、微細LSMO膜の磁区構造観察を試み、磁壁のピンニングポテンシャルやそのノッチ深さの関係を明確にした。図に、各種ノッチに捕獲された磁壁の磁気力顕微鏡を示す。渦型の磁壁が明瞭に観測されており、LSMO膜も強磁性金属と同様に、計上による磁区構造制御が可能であることが分かった。また、LSMOを円盤形状に加工することで、磁気渦構造の安定化にも成功した。