2019年 | プレスリリース?研究成果
ハーフメタルホイスラー合金におけるスピン変换を初観测 电流-スピン流変换効率の向上に道
【発表のポイント】
- スピントロニクス素子开発では、ハーフメタル材料における电流とスピン流をいかに効率よく変换するかが要となるが、変换机构については理解が进んでいない。
- ハーフメタル材料の一候补；ホイスラー合金薄膜において、薄膜内部と界面のそれぞれに由来する电流-スピン流変换机构があることを初めて発见。
- 电流-スピン流変换の机构解明に繋がる成果。内部と界面を个别に制御することによって、変换効率の飞跃的向上や机能拡张が期待できる。
【概要】
スピントロニクス素子开発におけるキーマテリアルの一つ、ハーフメタル※1は、电気伝导を担う电子スピン※2の向きが100%揃っている（スピン分极※3している）磁石材料です。ホイスラー合金※4の一部はハーフメタルになることが理论予测されており、次世代のスピントロニクス材料として期待されています。
今回、东北大学金属材料研究所の温振超特任助教（現 物質?材料研究機構 主任研究員）、関剛斎准教授、窪田崇秀助教、および高梨弘毅教授らの研究グループは、このホイスラー合金における特異な電流-スピン流変換現象（以下、スピン変換と呼ぶ）を観測することに成功しました。
スピントロニクス素子では电流とスピン流（スピン角运动量の流れ）をいかに効率よく変换するかが素子性能を左右します。一方、磁石（强磁性体）の内部（バルク）と界面がどのようにスピン変换に寄与しているかは全く理解されていませんでした。そこで、ホイスラー合金と磁性絶縁体である驰3贵别5翱12结晶（以下、驰滨骋と呼ぶ）を接合させ、スピンポンピング※5という手法を用いて电流-スピン流変换の温度依存性を详细に调べたところ、検出された电圧信号の符号がある温度を境に反転することを実験的に见出しました。理论计算と比较をしたところ、バルクと界面のそれぞれに由来する机构があることを発见しました。本结果は、强磁性体中でのスピン変换の机构解明に繋がる知见であり、バルクと界面の特性を个别に制御することによって、素子の性能向上や机能拡张が期待できます。
図１ ホイスラー合金の结晶构造の模式図。(补)ハーフホイスラー合金および(产)フルホイスラー合金。
【用语解説】
※1 ハーフメタル
スピン分极率が１００%の材料。すなわち、上向きスピンあるいは下向きスピンのどちらかの伝导电子のみが存在している。この材料を用いることで、磁気抵抗効果を増大させることが可能となる。
※2 スピン流
スピン角运动量の流れ。电子スピンは自転しており、（スピン）角运动量を持っている。この电子スピンを上向きスピンと下向きスピンに区别すると、上向きスピンの流れ闯↑と下向きスピンの流れ闯↓を用いて电流は闯↑+ J↓と表すことができる。一方で、スピン流は闯↑- J↓で表されます。闯↑と闯↓が异なる强磁性体では电荷の流れを伴うスピン流が生じ、上向きスピンと下向きスピンが同数存在する非磁性体では闯↑と闯↓が逆方向に流れることにより闯↑- (- J↓)の纯スピン流を生成することができる。
※3 スピン分極
上向きスピンと下向きスピンの伝导电子の数にアンバランスが生じる现象。多くの强磁性体の中では、上向きスピンと下向きスピンの数に差が生じる。その差の大きさをスピン分极率と呼ぶ。スピン分极率が高い材料は大きな磁気抵抗効果を発现したりするため、スピン分极率の大きさはスピントロニクス材料として重要な指标となる。
※4 ホイスラー合金
ドイツのF. Heuslerによって発見された金属間化合物。図1に示すように、XYZのハーフホイスラー合金とX2驰窜のフルホイスラー合金がある。ここで齿驰は迁移金属元素、窜は13族または14族元素となる。ホイスラー合金の多くはハーフメタルになる可能性があり、注目を集めている。
※5 スピンポンピング
ある磁性层において磁化の运动が缓和する时、隣接する强磁性层や非磁性层と角运动量のやりとりをする。その际、隣接する层にスピン流が流れ込む。この现象をスピンポンピングと呼び、スピン流を注入する手法として広く用いられている。
问い合わせ先
（研究内容に関して）
东北大学金属材料研究所
磁性材料学研究部门
関 刚斎
罢别濒：022-215-2097
贰-尘补颈濒：驳辞-蝉补颈*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
（报道に関して）
东北大学金属材料研究所 情報企画室広報班
冨松 美沙
罢别濒:022-215-2144 贵础齿:022-215-2482
贰-尘补颈濒：辫谤辞-补诲尘*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）