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最表面敏感なスピン偏極準安定ヘリウム脱励起分光による単層六方晶窒化ホウ素/ニッケル接合のスピン偏極測定

Spin-polarization of monolayer hexagonal boron nitride on Ni(111) investigated by spin-polarized metastable helium de-excitation spectroscopy

大伴 真名歩; Avramov, P.; 圓谷 志郎; 松本 吉弘; 楢本 洋*; 山内 泰*; 境 誠司

Otomo, Manabu; Avramov, P.; Entani, Shiro; Matsumoto, Yoshihiro; Naramoto, Hiroshi*; Yamauchi, Yasushi*; Sakai, Seiji

グラフェンはスピントロニクス材料として有望であるが、グラフェンへのスピン注入にはトンネルバリアを介したトンネル注入が一般的である。本研究では一般的に用いられる酸化アルミニウム・酸化マグネシウムよりも、成膜時のダメージが少ないバリア層材料として六方晶窒化ホウ素(h-BN)を提案し、その電子・スピン状態を最表面敏感なスピン偏極ヘリウム脱励起分光(SPMDS)により解析した。h-BNは本来5eV以上のバンドギャップを持つが、Ni(111)の3d軌道とh-BNの$$pi$$軌道の混成により、ギャップ内に準位ができていることが確認された。その結果h-BNはNi(111)上で金属的になっていた。さらにギャップ内準位のスピン依存バンド構造を調べた結果、Niの多数スピンの向きに偏っていることが明らかになった。また原子上水素を付加することで、電子状態が大きく変化することも見出した。これは水素化h-BNという、新たな物質である可能性がある。これらは六方晶窒化ホウ素をグラフェンへのスピン注入時のバリア層材料とするうえで、極めて重要な知見であると言える。

Hexagonal boron nitride (h-BN) is a promising insulating material for graphene spintronics. In this study, we utilized spin-polarized metastable de-excitation spectroscopy (SPMDS) in order to study spin and electronic states of h-BN on magnetic metal surfaces. The extreme surface sensitivity enabled us to elucidate the spin polarization of h-BN monolayer at Ni(111) contacts separately from that of Ni(111). The spin asymmetry of SPMDS spectra indicates that the h-BN is spin-polarized parallel to Ni majority spins. This result will give us insight into the characteristics of h-BN tunnel barriers in graphene spintronics.

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