高温超伝導体原子層デバイスの創製とその応用

高温超导原子层器件的研制及其应用

基本信息

批准号：
19J20150
负责人：
鈴木将太
金额：
$ 1.98万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2019
资助国家：
日本
起止时间：
2019-04-25 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

電子は電荷とスピンの二つの自由度を持ち、スピンの流れであるスピン流はスピンホール効果により電流と相互変換される。近年、様々な磁性体でスピンホール効果が観測されており、磁気ゆらぎによってスピンホール信号が変調を受けることが報告されている。このことは、スピン流が物質の磁気構造を観測する手法として有効であることを示唆している。筆者らは、前年度までで、スピンがらせん上に配列する特殊な磁性体（らせん磁性体）CrNb3S6を膜厚が数十nmの薄膜に加工し、スピン流-電流変換信号を測定した。その結果、磁気転移温度である130 Kで信号の極大を観測した。また、らせんを1ピッチ未満しか含まない膜厚50 nm以下の薄膜と1ピッチ以上含む膜厚70 nm程度の2種類の素子において面内スピンバルブ測定を行い、膜厚によって異なる磁化反転を観測した。このように、スピン流が磁気ゆらぎと表面磁化を敏感に検出できるプローブであることを示す結果が得られた。本年度は、これらの結果を定量的に評価し、理論的な考察を試みた。まず初めに、非局所スピンバルブ測定を行い、CrNb3S6のスピン拡散長を導出した。すると、スピン緩和の機構が不純物・フォノン散乱によるものが支配的であることを示す結果を得た。次に、得られたスピン拡散長を用いてスピン流-電流変換効率であるスピンホール角を求めた。その結果、CrNb3S6では元々-1%程度であるNbのスピンホール角に重畳する形で、正のスピンゆらぎ信号が加わっていることが示された。さらに、薄膜に含まれるらせんのピッチ数によって磁化反転の仕方が異なる理由について考察を行い、らせん磁性体全体の正味の磁化と表面磁化の競合によって、表面磁化が磁場に対してねじれる可能性を提案した。このように、らせん磁性体の磁気構造について、スピン輸送測定という従来とは異なる手法を用いることで新たな知見が得られている。

电子具有电荷和自旋两个自由度，自旋流即自旋流，由于自旋霍尔效应相互转换为电流。近年来，人们在各种磁性材料中观察到自旋霍尔效应，并有报道称自旋霍尔信号受到磁涨落的调制。这表明自旋电流是观察材料磁结构的有效方法。直到前一年，作者将自旋呈螺旋状排列的特殊磁性材料（螺旋磁性材料）CrNb3S6加工成几十纳米厚的薄膜，并测量了自旋电流-电流转换信号。结果，在磁转变温度 130 K 处观察到最大信号。此外，我们对两种类型的器件进行了面内自旋阀测量：一种是厚度为 50 nm 或更薄且包含少于 1 个螺距的薄膜，另一种是厚度约为 70 nm 且包含超过 1 个螺距的薄膜。一种间距，并观察到根据膜厚度而不同的磁化反转。这些结果表明自旋电流是一种可以灵敏地检测磁涨落和表面磁化强度的探针。今年，我们定量评估了这些结果并尝试进行理论思考。首先，我们进行了非局域自旋阀测量并得出了 CrNb3S6 的自旋扩散长度。结果表明，自旋弛豫机制主要是杂质/声子散射。接下来，使用所获得的自旋扩散长度确定自旋霍尔角，即自旋电流-电流转换效率。结果表明，在CrNb3S6中，在Nb自旋霍尔角上叠加了正自旋波动信号，该信号原本约为-1%。此外，我们考虑了磁化反转根据薄膜中包含的螺距数量而不同的原因，并提出由于整个螺旋的净磁化强度之间的竞争，表面磁化强度可能相对于磁场发生扭曲。磁性材料和表面磁化强度。通过这种方式，通过使用与传统自旋输运测量不同的技术，获得了关于螺旋磁性材料的磁结构的新知识。