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．

在自旋电子学这一学术领域，研究人员正在通过将与电子运动相关的自旋输运理解为自旋电流来开发电子学的新领域。最近，提出并演示了一种轻松检测放置在共面波导上的磁性样品中的交流自旋电流的方法 [A. J. Berger et al., Phys Rev. B, 97, 094407 (2018) ]。本研究主要基于该方法，决定通过实验验证球形磁绝缘体/金属结构中金属中交流自旋电流的产生以及交流自旋电流电流转换产生交流电流的现象。第一年，我们使用球形 YIG 和高频测量进行设备开发。首先，使用线性共面波导。 YIG 球体安装在共面波导的中心。在该状态下，在与共面波导垂直的方向上施加外部静磁场。由于S21是复数电压传输系数，其因外部静磁场引起的变化对应于YIG球体样品的交流磁化率引起的功率吸收。特别地，被称为(110)模式的模式表现出铁磁共振并且在整个球体上和球体内部以相同相位进行磁进动。在这种情况下，如果安装金属条，则会在球面法线方向的各个位置注入同相位和自旋极化的交流自旋电流，经过自旋电流转换后，产生同相位的交流自旋电流。将产生振铃电流。首先，我们切除了由于 (110) 模式的均匀相位而产生的共振谱，并将其与 YIG 球体中安装和不安装铂的情况进行比较，其中预计会出现环电流。结果，仅当预期有环电流时才观察到谐振线宽的增加。另外，观察到(110)模式的共振点稍微向高磁场侧移动的现象。综合上述分析，我们发现实验结果中观察到的谐振点的轻微移动和线宽的增加是由环形自旋霍尔电流和涡流引起的，并且我们定量地确定了它们的贡献。我能够做到这一点。