巨大スピン蓄積を用いた超伝導状態の制御

利用巨自旋积累控制超导

• 批准号: 12J06207
• 负责人: 若村 太郎
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2012
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2012-04-01 至 2015-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-12J06207/
• 关键词: 超伝導; スピントロニクス; スピンホール効果; スピン流; 磁性; メゾスコピック; ナノスケール

平成26年度、申請者は平成25年度までの研究で得られた知見をもとに、物質中でスピン流が流れた場合にスピン軌道相互作用によって生じるスピンホールホール効果に超伝導状態がどのような影響を与えるかについて調べた。これまでの研究では超伝導体としてニオブを用いてきたが、平成25年度よりより超伝導転移温度の高い窒化ニオブの高い成膜技術を有している名古屋大学の藤巻朗教授の研究室と共同研究の機会を得たため、より実験が容易である窒化ニオブを用いて強磁性体-非磁性体-超伝導体のスピンバルブデバイスを作製し、スピン吸収法を用いて窒化ニオブにスピン注入を試みた。窒化ニオブ中に注入されたスピン流は、窒化ニオブの大きなスピン軌道相互作用により誘起された（逆）スピンホール効果により、電流へと変換される。この窒化ニオブ中で起こるスピンホール効果が、窒化ニオブが常伝導状態にある場合と超伝導状態にある場合でどのように変化するかについて研究を行った。常伝導状態では、窒化ニオブは逆スピンホール効果を示し、その信号の大きさはこれまでニオブで報告されたものと同程度となった。次に、デバイスを超伝導転移温度よりも充分低温まで冷却し、同様に逆スピンホール効果の測定を行った。その結果、スピン流を生成するために強磁性体-非磁性体間に流すスピン注入電流(I)を小さくしていくに連れ、逆スピンホール信号が増大し、I = 0.01 microAでは常伝導状態の逆スピンホール信号に比べて2000倍以上信号が増大することを発見した。測定した信号は測定中に印加する外部磁場とスピン流生成に用いる強磁性体の磁化との角度依存性から、逆スピンホール効果に由来することが示唆される。上記の結果は微小なスピン流から大きな電圧を取り出すことが出来るため、量子演算回路やスピントロニクス素子への応用が期待される。

2014年，申请人研究了超导状态对旋转轨道相互作用引起的旋转孔效应的影响，当时自旋流动流过材料，基于从2013年至2013年的研究获得的发现。硝酸盐具有较高的超导过渡温度，因此我们使用硝化氮化物制造了铁磁性非磁性 - 驱动器旋转阀装置，该器件易于实验，并试图使用自旋吸收方法旋转到硝酸盐中。植入硝酸氮化物的旋转电流通过硝化氮化物的较大自旋轨道相互作用引起的（逆）自旋壁效应转化为电流。我们研究了氮化氮化氮化物的正常状态和超导状态之间的自旋壁效应是如何发生的。在正常的传导态下，硝酸氮化物表现出反旋转式效应，其信号的幅度与先前报道的niobium相当。然后将设备冷却至比超导过渡温度的温度足够低，并以相同的方式测量逆旋转效果。结果，我们发现，随着旋转注射电流（i）在铁磁和非磁性材料之间流动以产生旋转电流，而逆旋转孔信号的增加，并且在i = 0.01 microA时，与正常传导状态下的反旋转孔相比，信号在i = 0.01 microA时增加了2000倍以上。在测量过程中施加的外部磁场的角度依赖性以及用于生成自旋电流的铁磁材料的磁化表明，测得的信号是从反自旋霍尔效应中得出的。以上结果允许从小型自旋电流中提取大电压，因此预计将应用于量子操作电路和自旋装置。

项目成果

反強磁性体におけるスピンホール効果

反铁磁体中的自旋霍尔效应

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Wakamura;H. Akaike;Y. Omori;S. Takahashi;Y. Niimi;A. Fujimaki;S. Maekawa and Y. Otani;若村太郎，新見康洋，大谷義近;瀧澤誓，大森康智，若村太郎，新見康洋，木俣基，大谷義近
• 通讯作者: 瀧澤誓，大森康智，若村太郎，新見康洋，木俣基，大谷義近

超伝導Nbにおけるスピンホール効果検出の試み

尝试检测超导铌中的自旋霍尔效应

• 发表时间: 2013
• 作者: 若村太郎;新見康洋;大谷義近
• 通讯作者: 大谷義近

Observation of quasiparticles-mediated spin Hall effect in a superconductor

超导体中准粒子介导的自旋霍尔效应的观察

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Wakamura;H. Akaike;Y. Omori;S. Takahashi;Y. Niimi;A. Fujimaki;S. Maekawa and Y. Otani
• 通讯作者: S. Maekawa and Y. Otani

Spin injection into superconducting Nb by quasiparticle excitation

通过准粒子激发自旋注入超导铌

• 发表时间: 2013
• 作者: 杉浦仁美;清水裕士;坂田桐子;Taro Wakamura
• 通讯作者: Taro Wakamura

奇数波スピン三重項超伝導体のスピントロニクスへの応用の試み

尝试将奇波自旋三重态超导体应用于自旋电子学

• 发表时间: 2014
• 作者: T. Wakamura;H. Akaike;Y. Omori;S. Takahashi;Y. Niimi;A. Fujimaki;S. Maekawa and Y. Otani;若村太郎，新見康洋，大谷義近
• 通讯作者: 若村太郎，新見康洋，大谷義近