Control of supercurrent utilizing van der Waals devices with a twisted magnetization structure

利用具有扭曲磁化结构的范德华装置控制超电流

基本信息

批准号：
22KJ2059
负责人：
太田智陽
金额：
$ 1.41万
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：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本課題では、機械的剥離法により薄膜素子が作製可能である、原子層らせん磁性体CrNb3S6や原子層強磁性体Fe5GeTe2に着目し、超伝導体との接合素子を作製することで、超伝導電流を用いた新機能の実現を目指します。磁性体と超伝導体の接合界面近傍に、磁化のねじれた構造が存在する場合、スピン量子化軸の空間的な変化に起因して、スピン三重項超伝導電流が発現することが知られています。そこで本研究では、外部磁場を用いて、CrNb3S6のらせん周期や、Fe5GeTe2の表面・界面におけるジャロシンスキー・守谷相互作用を変調することで、磁化のねじれ構造を利用した超伝導電流のスピン状態の制御ができると考えました。前年度までで、Fe5GeTe2の磁化ダイナミクスやスピン軌道相互作用等の、デバイス性能に直結する特性の評価を行ったところ、Fe5GeTe2の磁気状態を反映してこれらの信号が大きく変調できることが分かりました。これはFe5GeTe2を用いた接合素子の実現・機能化に向けて当初の想定以上の進展でした。そこで令和4年度は、Fe5GeTe2自身の磁気特性やデバイスとしての性能をより詳細に評価するために、①スピン変換特性の評価や、②Fe原子のCo置換による物性制御を行いました。その結果①では、Fe5GeTe2のスピン変換特性が、PtやWなどの典型的なスピン変換材料と比べて遜色ない性能であり、磁気変調による制御性を併せ持つことを実証しました。②では、Co置換を行うことで、薄膜素子においても磁気異方性や磁性相が大きく変調できることや、バルク試料では現れなかった磁気ヒステリシスが、46%置換を行った薄膜で発現することを明らかにしました。

在这个主题中，我们专注于原子层螺旋磁CRNB3S6和原子层铁磁Fe5gete2，可以通过机械剥离来制造，并旨在通过用超导体制造交界器来实现使用超导电流的新功能。当磁性磁化结构在磁性材料和超导体之间的结界面附近存在时，众所周知，由于自旋量化轴的空间变化，自旋三重体超导电流是生成的。因此，在这项研究中，我们认为，通过使用外部磁场调节CRNB3S6的螺旋周期和jarosinski-moriya的相互作用和Fe5gete2的界面，可以使用磁化强度的扭转结构来控制超导电流的旋转状态。直到上一年，我们评估了与设备性能直接相关的特性，例如Fe5gete2和自旋轨道相互作用的磁化动力学，发现这些信号可以显着调节，反映了FE5Gete2的磁态。这比最初在使用Fe5gete2实现和功能化中所预期的要高。因此，在2022年，为了更详细地评估Fe5gete2自己的磁性和设备性能，我们执行了1）评估了自旋转换特性和2）通过用CO替换Fe原子来控制的物理性能。1中的结果表明，Fe5gete2的自旋转换特性与PT的旋转转换材料相当，例如PT和W型磁性模式，并具有磁性模式，以及具有磁性的磁性模式，并具有磁性模式。在2中，我们揭示了通过进行CO替换，可以在薄膜设备中显着调节磁各向异性和磁相，并且未出现在散装样品中的磁性滞后在46％替代的薄膜中表现出来。