Acoustic spin pumping; Direct generation of spin currents from sound waves in Pt/YFeO hybrid structures

音響スピンポンピング; 白金とイットリウム鉄ガーネット複合体での音波による直接スピン注入

内田 健一*; 安立 裕人; 安 東秀*; 中山 裕康*; 戸田 雅也*; Hillebrands, B.*; 前川 禎通; 齊藤 英治

Uchida, Kenichi*; Adachi, Hiroto; An, Toshu*; Nakayama, Hiroyasu*; Toda, Masaya*; Hillebrands, B.*; Maekawa, Sadamichi; Saito, Eiji

現在のエレクトロニクスは電子に付随する「電荷」の情報を用いる技術に基づいているが、電子に付随するもう一つの情報である「スピン(磁気)」を利用する技術が開発されれば、電気・磁気デバイスの高性能化と省エネルギー化が実現できると考えられている。このような研究分野はスピントロニクスと呼ばれ世界中で盛んに研究が進められているが、ここでの中心的課題は、素子にスピン(磁気)の流れをいかに作り出すかという点である。今回われわれは、一見するとスピン(磁気)を運ばない音波を用いてスピン流を作り出せることを発見した。圧電素子を白金とイットリウム鉄ガーネットという磁性絶縁体の複合体に取り付け、逆スピンホール効果と呼ばれる方法を用いて、白金の中に注入されるスピン流の信号を観測した。われわれの線型応答理論に基づくモデル計算は、検出される信号を定性的にも定量的にも説明可能であり、われわれは身近にありふれた「音波」からスピン流を生成する方法を明らかにしたと言える。

Using a Pt/YFeO (YIG) hybrid structure attached to a piezoelectric actuator, we demonstrate the generation of spin currents from sound waves. This "acoustic spin pumping" is caused by the sound wave generated by the piezoelectric actuator, which then modulates the distribution function of magnons in the YIG layer and results in a pure-spin-current injection into the Pt layer across the Pt/YIG interface. In the Pt layer, this injected spin current is converted into an electric voltage due to the inverse spin-Hall effect. The ISHE induced by the acoustic spin pumping is detected by measuring a voltage in the Pt layer at the piezoelectric resonance frequency of the actuator coupled with the Pt/YIG system. Our model calculation based on the linear response theory provides us with a qualitative and quantitative understanding of the acoustic spin pumping in the Pt/YIG system.