イオン液体を用いた酸化物スピントロニクスの研究

离子液体氧化物自旋电子学研究

基本信息

批准号：
18J20780
负责人：
白怜士
金额：
$ 1.79万
依托单位：
Keio 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

项目摘要

本研究の目的は，電流から常磁性金属中のスピン軌道相互作用を介して磁化に与えられるスピン軌道トルクの生成メカニズムの解明であり，特に酸素や炭素などの軽元素が常磁性体金属中のスピン軌道トルク生成に与える影響を調べることであった．スピン軌道トルクはスピントロニクス分野において物理的にも興味深い現象なだけでなく，工学的な応用として磁気メモリ素子の磁化操作の技術としても注目されており，この研究によって省エネルギーデバイスへの寄与が期待される．本研究の実績として以下の3つが挙げられる．1つ目に，常磁性体と強磁性体の界面における酸化物がスピントルク生成に与える影響も調べ，酸化物の種類によってその影響が顕著に異なることを明らかにした．強磁性体としてCo及びNiFeを選択し，それぞれの表面を大気暴露させることで酸化させた上にPtを成膜してデバイスを作製した．Coでは界面のスピン軌道相互作用が支配的である一方で，NiFeでは界面のスピン透過率が重要な役割を担っていることを明らかにした．2つ目として酸素を導入したPd薄膜におけるスピン軌道トルク生成の定量を通して，電流-スピン流変換において重要なスピンHall効果の不純物に対する振る舞いを系統的に調べた．これによりPd中のスピンHall効果を律速する緩和メカニズムに関して，酸素導入によるPd中の緩和時間の減少に伴ってバンド間励起が支配的な領域から伝導中の散乱が支配的な領域へのクロスオーバーを観測した．さらに3つ目として，イオン分子で構成される液体の塩であり固体絶縁体と比較して大きい誘電率をもつイオン液体を用いて強磁性体金属をエッチングし厚さを薄くすることで，単一の試料でスピン軌道トルク生成効率の強磁性体膜厚依存性を測定する方法を確立した．この方法によって試料間の誤差を考慮せずに，電流-スピン流変換現象の定量を可能にした．

本研究的目的是阐明顺磁性金属中通过自旋轨道相互作用应用于电流磁化的自旋轨道扭矩的产生机制，特别是对氧和碳等轻元素的影响。关于自旋轨道扭矩的产生。自旋轨道扭矩不仅是自旋电子学领域中一个有趣的物理现象，而且作为一种在工程应用中操纵磁存储元件磁化的技术也备受关注，这项研究有望为节能设备做出贡献．．本研究的结果包括以下三点。首先，我们研究了氧化物对顺磁体和铁磁体之间界面处自旋扭矩产生的影响，发现这种影响根据氧化物的类型而显着不同。我们选择Co和NiFe作为铁磁材料，通过将它们暴露在大气中氧化它们的表面，然后形成Pt膜来制造器件。结果表明，虽然界面处的自旋轨道相互作用在Co中占主导地位，但界面处的自旋透射率在NiFe中起着重要作用。其次，我们通过量化掺氧 Pd 薄膜中自旋轨道扭矩的产生，系统地研究了自旋霍尔效应的行为，这在电流-自旋电流转换中很重要。这导致从以带间激发为主的区域到以传导期间的散射为主的区域的交叉，因为氧的引入导致Pd中的弛豫时间减少，关于控制Pd中的自旋霍尔效应的弛豫机制被观察到。。第三，通过使用离子液体蚀刻铁磁金属，离子液体是由离子分子组成的液体盐，具有比固体绝缘体更高的介电常数，我们建立了一种测量铁磁金属厚度的方法。使用单个样本的自旋轨道扭矩生成效率对铁磁膜厚度的依赖性。该方法使得量化电流-自旋电流转换现象成为可能，而无需考虑样本之间的误差。