Relay runner-like spin transport with electron-hole exchange interaction and its application to magnetologic gates

具有电子-空穴交换相互作用的类中继自旋输运及其在磁门中的应用

基本信息

批准号：
21K18166
负责人：
酒井政道
金额：
$ 16.56万
依托单位：
Saitama University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Challenging Research (Pioneering)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-09 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

本研究は、電子間交換相互作用にもとづくバトンリレー型スピン中継機能をスピントロニクスデバイスに実装することを目指している。電子正孔補償金属（EHCM）としてPtを使った実験を2021年度に着手したが、スピン注入源として、希土類遷移金属フェリ磁性体を使った場合と、NiやFeの場合では、スピン注入由来の逆スピン効果が全く異なる様相で観測された。その原因を明らかにするために、2022年度には、GdFe合金を使って、GdとFeの組成比を連続的に変化させて、スピン注入効果を組成比の関数として調べる研究に着手した。同じくEHCMであるSnを使った研究に着手した。Snは平坦な表面を得るのが困難とされてきた材料である。実際、私たちが電子ビーム蒸着法で成膜した厚さ約300nmの金属相β-Snの表面には約40nmの高低差による凹凸があった。Hall効果測定によるとHall係数は10の－12乗台と云う小さな値の為、Hall電圧の検出が困難であった。これはβ-Snでは電子濃度と正孔濃度が等しいだけでなく、電子移動度と正孔移動度も可成り接近しているのが原因と考えられる。このβ－Snに強磁性体を介してスピン注入する研究は素子製作も含めて現在進行中である。EHCMや半金属などのアンビポーラ伝導体(AMB)と強磁性体（F)との接合構造におけるスピン注入のしくみを理解することを目的として、F/AMB界面に発生するスピン共役電圧に関する理論計算を行った。従来の理論は、強磁性層、非磁性層共にキャリヤが電子の場合に限られていたので、非磁性層のキャリやが正孔のみならず、アンビポーラな場合に拡張した。スピン緩和の主要因が電子－正孔スピン交換相互作用のとき、界面から離れたEHCM領域でも、化学ポテンシャルのスピン分裂が減衰せずにほぼ一定の値で残っていることが分かった。

这项研究旨在基于Spintronic设备中的电子交换相互作用来实现接力棒中继型自旋函数。我们从2021年开始使用PT作为电子孔补偿金属（EHCM）的实验，与使用稀土过渡金属铁磁性材料作为自旋注射源以及使用Ni和Fe时，以完全不同的方式观察了自旋注射的反转自旋效应。为了澄清原因，在2022年，我们开始研究使用GDFE合金不断更改GD和FE的组成比，并检查了自旋注射效应作为组成比的函数。我们开始使用SN研究，这也是EHCM。 SN是一种被认为很难获得平坦表面的材料。实际上，由于高升高约40 nm，因此发现了由电子束蒸发形成的金属相β-SN的表面，其厚约为300 nm，是由电子束蒸发形成的。根据Hall效应的测量，霍尔系数的值为10 -12平方，因此很难检测到霍尔电压。这被认为是因为不仅电子浓度和孔浓度在β-SN中相等，而且电子迁移率和孔迁移率也很近。目前正在通过铁磁材料研究自旋注射到β-SN，包括装置制造。为了理解双极导体（AMB）之间的连接结构中自旋注射的机制，例如EHCM和半金属金属和铁磁体（F），对在F/AMB界面上产生的自旋共轭电压进行了理论计算。常规理论仅限于铁磁和非磁性层中载体是电子的情况，因此已扩展到非磁性层的载体不仅是孔，而且是双极性的情况。当电子孔自旋交换相互作用是自旋松弛的主要因素时，发现化学电位的自旋分裂即使在远离界面的EHCM区域也保持恒定值，而无需衰减。