Ｂｉ／非磁性金属界面で顕在化するラシュバ効果を用いた新奇スピン変換物性の研究

利用 Bi/非磁性金属界面上明显的 Rashba 效应研究新型自旋转换特性

• 批准号: 18J22975
• 负责人: 松島 真之
• 金额: $ 1.79万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J22975/
• 关键词: スピントロニクス; スピン流; スピン変換; スピンホール効果; スピントルク; ビスマス; 強磁性共鳴; スピントルク強磁性共鳴

Biのスピン変換現象における研究の一環として、高配向Biにおけるスピン流-電流変換現象についての研究を実施した。高配向Biの試料は、特定の条件下で単結晶Fe上にBiを成長させることで形成されるという性質を用いて作成した。またBiのスピン変換効率の評価方法として、強磁性体と非磁性体の2層膜系で適用可能な手法であるスピントルク強磁性共鳴法を導入した。成膜された2層膜系に対して微細加工を施し、10um×125umの大きさとなったBi/Feの2層膜に対して導波路を接続した測定デバイスを複数個作成した。このとき、各デバイスにおけるBi層の膜厚は異なるよう設定した。デバイスに対して外部磁場を印加しながら導波路を通して高周波電流を印加することでBi内部におけるスピン変換現象を誘引し、生成される直流電圧を抽出し測定した。各デバイスに対してこの直流電圧を解析する事で、スピン変換効率のBi膜厚依存性を評価した。Biの膜厚が0nmから10nmのデバイスを測定したところ、スピン変換効率として-0.01から+0.36という値が評価された。厚い領域で評価された+0.36という値は、先行研究における非晶質Biの報告値+0.02や、多結晶Biにおける予想値+0.12と比べて十分大きいことから、Biの結晶の質の向上がスピン変換効率の向上に強く寄与する事が確認された。また、W（-0.33）やTa（-0.12）、Pt（0.056）といった他の物質の報告値と比較しても大きい事から、その絶対値についても特筆すべきである。0-1nmの領域で負の変換効率が確認された事は、先行研究における報告と一致する。この現象の物理的起源は不明であるが、これまで1件しか報告されていなかった事例が、異なる結晶を持つBiにおいて再現されたことから、Biのスピン変換現象における普遍的な性質である可能性が示唆される。

Bi の ス ピ ン variations in phenomenon に お け る study one part の と し て, high match to Bi に お け る ス ピ ン flow - current variations in phenomenon に つ い て の research を be applied し た. High to match to the Bi の try は, under the condition of certain の で 単 on crystalline Fe に Bi を growth さ せ る こ と で form さ れ る と い う nature を with い て made し た. ま た Bi の ス ピ ン - in sharper rate の review 価 method と し て, strong magnetic と nonmagnetic の 2 membrane system appropriate で practices may な で あ る ス ピ ン ト ル ク strong magnetic resonance method を import し た. Film-forming さ れ た 2 membrane system に し seaborne て microfabrication を し, um 10 x 125 um の big き さ と な っ た Bi/Fe の 2 membrane に し seaborne て guided wave road を 続 し た determination デ バ イ ス を plural made し た. The <s:1> と と と と and the <s:1> film thickness <e:1> of each デバ デバ スにおける スにおける スにおけるBi layer are set differently なるよう. Youdaoplaceholder5 た. デ バ イ ス に し seaborne て external magnetic field を Inca し な が ら guided wave road を tong し て high frequency current を Inca す る こ と で Bi internal に お け る ス ピ ン variations in phenomenon を decoys し, generate さ れ る dc 圧 を spare し determination し た. Each デ バ イ ス に し seaborne て こ の dc 圧 を parsing す で る, ス ピ ン - in sharper rate の Bi film thickness dependence を review 価 し た. Bi の film thickness が 0 nm か ら 10 nm の デ バ イ ス を determination し た と こ ろ, ス ピ ン - in sharper rate と し て 0.01 か ら + 0.36 と い う numerical が review 価 さ れ た. Thick で い field evaluation 価 さ れ た + 0.36 と い う numerical は, leading research に お け る amorphous Bi の report numerical + 0.02 や, crystallization Bi に お け る to want to numerical + 0.12 と than べ て very big き い こ と か ら, Bi の crystallization の qualitative の upward が ス ピ ン - in sharper rate の に strong く send upward す る が sure さ れ た. や Ta ま た, W (0.33) (0.12), Pt (0.056) と い っ た he の matter の report comparing numerical と し て も big き い matter か ら, そ の unique numerical に seaborne つ い て も special pen す べ き で あ る. The で negative <s:1> conversion rate が in the 0-1nm <s:1> field is confirmed to be された and する consistent with the previous research における report と. の こ の phenomenon of unknown origin は で あ る が, こ れ ま で 1 piece し か report さ れ て い な か っ た examples が, different な る crystallization を hold つ Bi に お い て reappearance さ れ た こ と か ら, Bi の ス ピ ン variations in phenomenon に お け る な properties of common で あ が る possibility in stopping さ れ る.

项目成果

高配向Biを用いたスピントルク強磁性共鳴法によるスピン変換

使用高取向Bi的自旋扭矩铁磁共振方法的自旋转换

• 发表时间: 2019
• 作者: 松島真之;Sergey Dushenko;伏屋雄紀;河辺健志;三輪真嗣;重松英;大島諒;新庄輝也;大島諒;安藤裕一郎;白石誠司
• 通讯作者: 白石誠司

Spin-charge conversion via highly oriented bismuth

通过高度取向的铋进行自旋电荷转换

• 发表时间: 2019
• 作者: 松島真之;安藤裕一郎;大島諒;Sergey Dushenko;重松英; 河辺健志;新庄輝也;三輪真嗣; 白石誠司
• 通讯作者: 白石誠司

Spin Hall effect in highly oriented bismuth by using spin-torque ferromagnetic resonance

利用自旋扭矩铁磁共振研究高取向铋中的自旋霍尔效应

• 发表时间: 2019
• 作者: M. Matsushima;Y. Ando;R. Ohshima;S. Dushenko;E. Shigematsu;T. Kawabe;T. Shinjo;S. Miwa;M. Shiraishi
• 通讯作者: M. Shiraishi

Spin-charge conversion in highly oriented bismuth using spin-torque ferromagnetic resonance

使用自旋扭矩铁磁共振在高度取向的铋中进行自旋电荷转换

• 发表时间: 2019
• 作者: M. Matsushima;Y. Ando;R. Ohshima;S. Dushenko;E. Shigematsu;T. Kawabe;T. Shinjo;S. Miwa;M. Shiraishi
• 通讯作者: M. Shiraishi