酸素不純物の可逆的添加を利用した金属ベースのスピントランジスタの実現

点击翻译按钮获取中文摘要

１年目の研究結果を踏まえると、低温、室温それぞれの測定環境で、どちらもゲート電界に対する輸送特性の違いを観測することができなかったことから、申請書に示したような研究目標を達成するためには申請内容とは異なる材料選択を行うことが必要であることが明らかとなった。それを踏まえて２年目には、新たな材料系としてPt/金属フタロシアニン系に着目した。金属フタロシアニンは１分子層の層状材料であり、絶縁体であるから、ゲート電界による特性制御が比較的容易な材料系であると期待されるため、この材料系を選択した。スピントロニクスの分野における金属フタロシアニン系の研究は歴史が浅く、十分な実験がなされていない領域である。今回の実験では、鉄フタロシアニン(FePc)中の局在磁気モーメントがスピン輸送特性に与える影響を明らかにすることを試みた。ホールバー形状に加工した素子を用いて磁気抵抗測定を行った結果、FePcを用いた試料では古典的な磁気抵抗効果のみが観測され、量子干渉効果由来の磁気抵抗に対する補正が消失した。この実験結果は、Pt層内のスピン情報がFePc層内の局在磁気モーメントと相互作用して喪失したことを示している。更に、ホールバー構造の電流印加方向と垂直な面内方向に外部磁場を掃引した際には、FePcを用いた試料では負の磁気抵抗成分が観測された。この実験は、有機分子材料に対するスピン流の注入を初めて観測した実験となった。以上の結果から、局在磁気モーメントを有する有機分子であるFePcは、隣接する金属材料の輸送特性に対して磁性不純物として影響を及ぼし、スピン軌道相互作用の強い材料が隣接している場合には、スピン角運動量がFePc中の局在磁気モーメントに輸送可能であることが明らかとなった。