Ｂｉ／非磁性金属界面で顕在化するラシュバ効果を用いた新奇スピン変換物性の研究

利用 Bi/非磁性金属界面上明显的 Rashba 效应研究新型自旋转换特性

基本信息

批准号：
18J22975
负责人：
松島真之
金额：
$ 1.79万
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：
2018
资助国家：
日本
起止时间：
2018-04-25 至 2021-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

Biのスピン変換現象における研究の一環として、高配向Biにおけるスピン流-電流変換現象についての研究を実施した。高配向Biの試料は、特定の条件下で単結晶Fe上にBiを成長させることで形成されるという性質を用いて作成した。またBiのスピン変換効率の評価方法として、強磁性体と非磁性体の2層膜系で適用可能な手法であるスピントルク強磁性共鳴法を導入した。成膜された2層膜系に対して微細加工を施し、10um×125umの大きさとなったBi/Feの2層膜に対して導波路を接続した測定デバイスを複数個作成した。このとき、各デバイスにおけるBi層の膜厚は異なるよう設定した。デバイスに対して外部磁場を印加しながら導波路を通して高周波電流を印加することでBi内部におけるスピン変換現象を誘引し、生成される直流電圧を抽出し測定した。各デバイスに対してこの直流電圧を解析する事で、スピン変換効率のBi膜厚依存性を評価した。Biの膜厚が0nmから10nmのデバイスを測定したところ、スピン変換効率として-0.01から+0.36という値が評価された。厚い領域で評価された+0.36という値は、先行研究における非晶質Biの報告値+0.02や、多結晶Biにおける予想値+0.12と比べて十分大きいことから、Biの結晶の質の向上がスピン変換効率の向上に強く寄与する事が確認された。また、W（-0.33）やTa（-0.12）、Pt（0.056）といった他の物質の報告値と比較しても大きい事から、その絶対値についても特筆すべきである。0-1nmの領域で負の変換効率が確認された事は、先行研究における報告と一致する。この現象の物理的起源は不明であるが、これまで1件しか報告されていなかった事例が、異なる結晶を持つBiにおいて再現されたことから、Biのスピン変換現象における普遍的な性質である可能性が示唆される。

作为Bi自旋转换现象研究的一部分，我们对高取向Bi中的自旋电流-电流转换现象进行了研究。利用 Bi 是通过在特定条件下在单晶 Fe 上生长 Bi 形成的这一特性，创建了高取向 Bi 样品。此外，作为评估Bi自旋转换效率的方法，我们引入了自旋扭矩铁磁共振法，这是一种可应用于铁磁和非磁材料的双层薄膜体系的方法。对由此形成的双层薄膜系统进行微加工，以创建多个测量装置，其中波导连接到尺寸为 10 um x 125 um 的 Bi/Fe 两层薄膜。此时，每个器件中Bi层的厚度设置为不同。通过在波导中施加高频电流，同时向器件施加外部磁场，我们在 Bi 内部诱发了自旋转换现象，并提取并测量了产生的直流电压。通过分析每个器件的直流电压，我们评估了自旋转换效率对 Bi 膜厚度的依赖性。当我们测量Bi膜厚度为0 nm至10 nm的器件时，我们发现自旋转换效率值的范围为-0.01至+0.36。在厚区域评估的+0.36值充分大于先前研究中非晶Bi的报告值+0.02以及多晶Bi的预期值+0.12，表明Bi晶体质量的改善是证实这对提高自旋转换效率有很大贡献。此外，其绝对值也值得注意，因为它大于W（-0.33）、Ta（-0.12）和Pt（0.056）等其他物质的报道值。 0-1 nm区域负转换效率的确认与之前的研究报告一致。这种现象的物理起源尚不清楚，但由于这种仅被报道过一次的情况在 Bi 中用不同的晶体重现，因此表明这可能是 Bi 中自旋转换现象的普遍性质。