Study on spin accumulation in Si using non-linear effect among charge and spin

利用电荷与自旋非线性效应研究硅中自旋积累

基本信息

批准号：
17F17362
负责人：
白石誠司
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-11-10 至 2020-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

シリコン中のスピン輸送・スピン蓄積技術をキー技術として、スピン蓄積量にバンド構造依存性があることを利用した非線形なスピン蓄積効果の検出を目的として研究を行ってきた。最終年度の2019年度には、室温でスピン輸送できるシリコンスピントランジスタを基盤デバイスとし、さらに非線形信号を検出するための非磁性電極を複数個配置した新しいデバイスを作製し、実験を行った。その結果、従来強磁性電極でなければスピン信号の検出はできないと考えられていたにも関わらず、スピン蓄積の非線形に起因する電圧を非磁性金属電極を用いて観測することに成功した。非線形信号の観測にはロックインアンプを用い、その第2高調波成分を取り出す手続きが必要であるために、目指す非線形効果に起因する信号以外に、スピン依存ゼーベック効果やスピン信号そのもののバイアス電圧依存性、強磁性電極直下にスピン注入のために挿入している絶縁トンネル障壁層由来の単純な電流電圧特性の非線形性など、様々な効果が重畳してくることも同時に見出すことができたが、注意深い実験と解析により、sizableな非線形効果として取り出していることを確認することができた。

我们进行了研究，目的是利用频带结构对自旋积累量的依赖性检测硅中的自旋传输和自旋积累技术作为关键技术。在2019年的最后一年，我们根据硅自旋晶体管制造了一种新设备，该设备可以在室温下进行自旋转运，还安排了多个非磁性电极来检测非线性信号，并进行了实验。结果，尽管以前认为没有铁磁电极无法检测到旋转信号，但使用非磁性金属电极成功观察到了由于非线性自旋积累而导致的电压。 Since a lock-in amplifier is used to observe a nonlinear signal, a procedure for extracting the second harmonic component is required, in addition to the signals that are intended for nonlinear effects, it was also possible to find that various effects overlap, such as the spin-dependent Seebeck effect, the bias voltage dependence of the spin signal itself, and the nonlinearity of simple current-voltage characteristics derived from the insulating tunnel barrier layer直接在铁磁电极下插入自旋注射。然而，仔细的实验和分析证实了结果被提取为可观的非线性效应。