Realization of novel devices with inductive ac spin current

具有感应交流自旋电流的新型器件的实现

基本信息

批准号：
22K14301
负责人：
重松英
金额：
$ 2.91万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2022
资助国家：
日本
起止时间：
2022-04-01 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14301/
关键词：
スピントロニクス強磁性共鳴高周波測定

项目摘要

スピントロニクスと呼ばれる学問領域では電子移動に伴うスピン輸送をスピン流と捉えることで，新たなエレクトロニクス領域を開拓するための研究が進んでいる．近年，この交流スピン流をコプレナー導波路上に置いた磁性体試料において簡便に検出できる手法が提案され，実証されている[A. J. Berger et al., Phys. Rev. B, 97, 094407 (2018)]．本研究では，主にこの方法に基づいて，球状の磁性絶縁体/金属構造における金属への交流スピン流生成，また交流スピン流電流変換による交流電流生成現象を実験的に検証することにした．１年目では，球状YIGを用いた素子開発ならびに高周波測定に取り組んだ．まず，はじめには直線状のコプレナー導波路を用いた．コプレナー導波路の中心にYIG球を設置した．この状態でコプレナー導波路に垂直な方向の外部静磁場を印加した． S21は複素電圧透過係数なので，その外部静磁場による変化はYIG球試料のもつ交流磁気感受率による電力吸収に相当する．とりわけ，(110)モードと呼ばれるモードは強磁性共鳴を示し，全球面，球内において同一の位相で磁気歳差している．このような場合は，金属帯を設置すると，同じ位相でスピン偏極を持つ交流スピン流が各所で球面の法線方向に注入されて，スピン流電流変換を経た後は位相が揃った交流電流が環状電流を生成することとなる．まず，(110)モードの一様位相による共鳴スペクトルを切り出して，これを環状電流が期待されるYIG球に白金を設置した場合と設置していない場合とで比較した．この結果，環状電流が期待される場合においてのみ共鳴線幅の増大が見られた．さらに，(110)モードの共鳴点がわずかながら高磁場側にシフトする現象が見られた．以上の解析を総合した結果，実験結果において観測された共鳴点の僅かなシフトと線幅増大は環状スピンホール電流と渦電流の双方に起因することがわかり，それらの寄与を定量的に同定することができた．

在称为Spintronics的学术领域，研究正在发展，通过将与电子转移相关的自旋传输视为旋转电流，以开发新的电子领域。最近，已经提出了一种方法并证明可以在放置在共面波导上的磁样品中轻松检测到这种交流自旋电流[A. A. J. Berger等人，物理。 Rev. B，97，094407（2018）]。在这项研究中，主要基于这种方法，我们通过实验研究了在球形磁绝缘子/金属结构中的AC旋转产生到金属中的产生，以及通过AC旋转电流转换产生的AC电流。在第一年，我们致力于使用球形YIG开发元素并测量高频。首先，首先使用了线性共面波导。在共面波导的中心安装了一个YIG球。在这种状态下，施加了垂直于共面波导方向的外部静态磁场。由于S21是一个复杂的电压传输系数，因此由于YIG球体样品的AC磁敏感性而引起的外部静态磁场引起的变化对应于功率吸收。特别是，称为（110）模式的模式表现出铁磁共振，并且磁性老化发生在全球表面和球体内的同一阶段。在这种情况下，当安装金属条带时，具有相同相的交流自旋电流，并且自旋极化在球形表面的正常方向上注入各个位置，并在进行自旋电流转换后，产生了相位的AC电流。首先，我们根据（110）模式的均匀阶段提取了共振光谱，并在将铂放在预期环电流和未安装时进行比较。结果，仅当预期环电流时，共振线宽度的增加才能观察到。此外，观察到一种现象，其中（110）模式的共振点向高磁场侧略微移动。总结了上述分析，发现在实验结果中观察到的轻微移位和线宽度增加是由于环形旋转孔电流和涡流引起的，并且可以定量鉴定它们的贡献。