Universal scaling for the spin-electricity conversion on surface states of topological insulators

トポロジカル絶縁体の表面状態におけるスピン-電気変換のユニバーサルスケーリング

山本 敬太*; 塩見 雄毅*; 瀬川 耕司*; 安藤 陽一*; 齊藤 英治

Yamamoto, Keita*; Shiomi, Yuki*; Segawa, Koji*; Ando, Yoichi*; Saito, Eiji

スピンポンピング技術を用いてバルク絶縁トポロジカルインシュレータ(TI)材料の表面状態のスピン-電気変換を調べた。サンプル構造はNi-Fe/Cu/TI三層であり、TI表面上の磁気近接効果はCu層の挿入により無視できるほど小さい。スピン-電気変換によって生成される電圧信号は、より低い温度で支配的な表面輸送に沿って、観察され、温度が低下するにつれて増強される。スピン-電気変換の効率は、表面スピン-電気変換と一致して、バルク状態の抵抗率が高く、表面状態の平均自由行程が長いTIサンプルの方が大きい。

We have investigated spin-electricity conversion on surface states of bulk-insulating topological insulator (TI) materials using a spin-pumping technique. The sample structure is Ni-Fe/Cu/TI trilayers, in which magnetic proximity effects on the TI surfaces are negligibly small owing to the inserted Cu layer. Voltage signals produced by the spin-electricity conversion are clearly observed and are enhanced with decreasing temperature, in line with the dominant surface transport at lower temperatures. The efficiency of the spin-electricity conversion is greater for TI samples with a higher resistivity of bulk states and longer mean free path of surface states, consistent with the surface spin-electricity conversion.