スピンホール効果の電気的検出とスピン流による磁性体磁化反転への応用

自旋霍尔效应的电学检测及其在自旋电流磁性材料磁化反转中的应用

基本信息

批准号：
18760003
负责人：
好田誠
金额：
$ 2.3万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2006
资助国家：
日本
起止时间：
2006 至 2007
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、微小強磁性体磁化過程の評価及びスピンホール効果の電気的検出に必要な半導体におけるスピン軌道相互作用について以下の知見を得た。(1)漏洩磁場が抑制できる強磁性体リング構造の最適化リング外径をd_0=800nmに固定し、内径をd_i=200〜600nmまで変化させた際の強磁性体Feリング配列における磁化反転過程を調べたところ、リング内径の減少に伴いOnion状態が安定となった。マイクロマグネティックシミュレーションとの比較から、d_i=600nmのリングでは磁気モーメントがリング周に沿うため漏洩磁場が抑制され、隣接リング間との静磁的相互作用が減少し、d_i=200リングよりも早くOnion状態に転移することが明らかとなった。(2)磁性体と半導体ホール素子の組み合わせによる単一磁性体磁気特性の高感度検出単一磁性体の磁化過程を評価するため、InAlAs/InGaAs2次元電子ガスを用いたホール素子上に外形800nm、内径600nmのFe/Au/Fe3層リング構造を作製し、局所ホール効果による磁化過程の電気的検出を行った。その結果、上下強磁性体Feリングの磁化過程を独立して検出可能となり、中間のAu膜厚増大に伴う、上下Feリングの静磁的相互作用の変化を観測することに成功した。(3)Fe/MgO/GaAsトンネル接合の最適化前年度のFePt/MgO/LED構造による電気的スピン注入の光学的検出では1%の偏光率が得られた。断面TEMによる接合界面の評価により、MgO/GaAs界面にアモルファス層の生成が確認されスピン注入効率低下の原因と考えられる。そこで、GaAs/MgO界面での化合物生成を抑制するため室温によるMgO成膜を試み、FeptのMgO膜厚に対する磁気特性及びトンネル接合の電気特性を評価した。 MgO膜厚を3nm-7nmまで変化させFePtを成膜したところ、すべてMgO膜厚において面直磁気異方性を有するFePt薄膜が実現できた。I-V特性からMgO3nmではFePt/GaAsショットキバリアを介したトンネル電流、5,7nmではMgOバリアを介したトンネル電流が支配的であることを明らかにした。

今年，我们获得了有关半导体中自旋轨道相互作用的以下知识，这对于评估微磁性磁化过程和自旋壁效应的电气检测是必不可少的。（1）优化铁电磁环结构，该结构可以抑制泄漏磁场时，当环的外径固定在d_0 = 800 nm处，并且内径从d_i = 200 = 200 nm更改为600 nm，随着环内直径的减小，洋葱状态变得稳定。与微磁模拟的比较表明，在D_I = 600nm的环中，磁矩遵循环周围，泄漏磁场被抑制，从而减少相邻环之间的磁静态相互作用，并且比D_I = 200环的磁力磁场降低了相邻环之间的磁相互作用。（2）通过将磁性材料与磁性材料和半导体霍尔元件相结合来评估单个磁性材料的磁化过程，Fe/au/au/fe三层环结构的磁化过程，外部形状为800 nm，内径为600 nm，在Hall元素上通过Inalas/Ingaas 2D Electation进行了启用，并在Hall元素上构建了600 nm的内部直径。结果，可以独立地检测到上和下铁磁的Fe环的磁化过程，并且我们已经成功地观察到上下Fe环的磁静电相互作用的变化，中等AU膜厚度的增加。（3）优化FE/MGO/GAAS隧道连接的光学旋转注射在上一年对电旋转注射的光学检测，其极化系数为1％。使用横截面TEM对键合界面进行评估证实，在MGO/GAAS界面上发现了无定形层的形成，这被认为是自旋注入效率降低的原因。因此，为了抑制GAAS/MGO界面处的化合物的形成，在室温下尝试了MGO膜，并评估了FEPT的磁性和隧道连接的电气性能。当Mgo膜厚度更改为3nm-7nm并形成Fept时，在所有MGO膜厚度中都实现了具有平面磁性各向异性的Fept薄膜。 I-V特征表明，通过FEPT/GAAS Schottky屏障的隧道电流在MGO3NM处占主导地位，并且通过MGO屏障的隧道电流在5和7nm处主导。