共同研究・競争的資金等の研究課題

本研究では、巨視的な回転運動と電子スピンの結合であるスピン渦度結合を反強磁性を示すDyに適用することで、Dyを用いた非熱的スピン流生成技術の実現を目指した。 まずはDyの薄膜化を目指して、スパッタ成膜の最適条件を探索し、高品質なDy薄膜を実現した。更にDy薄膜を用いたスピン注入実験から、反強磁性状態にてスピンポンピング効率の強い抑制効果の観測に成功した。上述の実験に成功した一方で、スピン渦度結合の実験では、Dy薄膜を伝搬した表面弾性波の信号強度が著しく低減してしまった。これを解決するために、Dyの更なる薄膜化を目指した。今後は薄膜化したDyを用いたスピン渦度結合の観測を試みる。

エレクトロニクスデバイスの更なる高性能化・高機能化の観点から、磁性体中のスピンの特性を積極的に活用したスピンデバイスが注目されている。スピンデバイスを動作させるうえで、最も重要な物理量はスピン角運動量の流れに対応するスピン流であるため、これまでに様々なスピン流の生成・制御手法が開発されている。近年、スピン流と熱との相互作用に進展があり、磁性体/非磁性体の接合界面に温度勾配を設けると熱を駆動力としたスピン流が生じることが分かってきた。更に、これまでの研究から磁性薄膜にマイクロ波を照射して磁化の共鳴歳差運動現象を誘起することで、磁性体を加熱できることを明らかとした。このことは、このマイクロ波による磁性体加熱効果を、磁性体/非磁性体複合構造に適用することで、ワイヤレスにスピン流を制御可能なため、新奇なワイヤレス・スピンデバイスの創生が期待される。 本研究プロジェクトの最終年度である本年度は、昨年度までに得られた研究成果である、発熱効果の高い磁性体の探索、熱励起スピン流の評価手法の開発等を活用し、ワイヤレス・スピンデバイスで重要となる熱スピン注入技術の更なる高効率化を目指したので、下記に報告する。 素子(A)磁性体/白金/基板と素子(B)白金/磁性体/基板の類似の構造を持つ2つの素子を作製し、白金へ注入されるスピン流量を比較した。その結果、素子(A) のスピン流の注入量は素子(B) と比較して、3 倍近く大きい結果が得られた。これは、磁性体で発生した熱が、試料A では白金を介して、基板に逃げるため、効果的な温度勾配が形成されるのに対して、試料B では、主に基板に逃げるため、白金に流入する熱が小さくなる。その結果、観測されたスピン流生成量に大きな差が生じたことが考えられる。今回得られた結果は、構造のみでスピン流生成量の増大が可能なため、多種多様なスピンデバイスへの応用が期待できる。