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

点击翻译按钮获取中文摘要

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。