Study on spin current in silicon carbide towards spintronics application

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本年度は，直流スピンポンピングを用いたn型3C-SiCチャネル中の常温スピン流輸送の成果について論文発表し，さらに半導体/磁性体界面におけるスピン流電流変換を交流スピンポンピングで検出する実験を進めた．前者は，縮退n型3C-SiC/金属磁性体界面で直流スピンポンピングを行い，チャネル伝搬を経たスピン流を非磁性体金属構造での逆スピンホール効果で検出するという実験構成である．実験では常温において1.2マイクロメートルの輸送長のスピン流輸送を実現した．スピン流輸送が報告されている代表的な半導体スピントロニクス材料としてはSiやGaAsが挙げられるが，3C-SiCはIV族軽元素で構成され閃亜鉛鉱型構造であるためにそれら双方の特徴を併せ持つ材料であると言える．この研究結果により既存の研究対象の延長線上にない新たな半導体材料の応用可能性を示すことができた．後者については，n型3C-SiC/金属磁性体界面2層構造を導波路上に設置し，強磁性共鳴に伴う交流スピンポンピングによる付加的なリアクタンスを測定することにより，スピン流電流変換の指標であるスピン軌道トルク伝導度と呼ばれる量を測定した．同手法は金属材料におけるスピン流電流変換の検出実験が先行していたため，ドーピング濃度を変化させたSi試料において測定を行うことで3C-SiCとの比較対象を増やし，スピン流電流変換現象の包括的な理解を目指した．ドーピング濃度を変化させたn型p型Siを用いた試料に同手法を適用し，ドーピング濃度に依存するスピン軌道トルク伝導度の変調を観測した．以上２系統の研究によって，n型3C-SiCのスピン流伝搬現象・スピン流電流変換現象についてそれぞれに最適な手法を見出すことで実験・測定を進め，成果が得られた．