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論文

Current-induced spin polarization on a Pt surface; A New approach using spin-polarized positron annihilation spectroscopy

河裾 厚男; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Zhang, H.; 関 剛斎*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 342, p.139 - 143, 2013/09

 被引用回数:19 パーセンタイル:67.23(Materials Science, Multidisciplinary)

電流通電下にある白金超薄膜表面におけるスピン偏極陽電子消滅を観測した。その結果、表面で形成されるオルソポジトロニウムの強度が通電方向に応じて変化することが明らかになった。この結果は、通電下において白金表面の伝導電子がスピン偏極していることを示唆している。その場合、伝導電子のスピン偏極率は1%以上であると推定される。

論文

Interface induced inverse spin Hall effect in bismuth/permalloy bilayer

Hou, D.*; Qiu, Z.*; 針井 一哉; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 安 東秀*; 安藤 和也*; et al.

Applied Physics Letters, 101(4), p.042403_1 - 042403_4, 2012/07

 被引用回数:60 パーセンタイル:91.48(Physics, Applied)

ビスマス/パーマロイ二層膜における逆スピンホール効果をスピンポンピングを用いて室温下で測定した。その結果、強磁性共鳴の吸収線幅からビスマスが良いスピン吸収材であることわかった。また、二層膜の逆スピンホール電圧と抵抗値の測定により、ビスマス膜厚の増大とともに逆スピンホール電流が減少することを見いだした。これは白金/パーマロイのような従来の二層膜における逆スピンホール効果の理解とは異なるものである。ビスマス/パーマロイ界面のスピン伝導の変調を考慮することで、この逆スピンホール電流の膜厚依存性を定量的に説明できるモデルを構築した。

論文

Geometry dependence on inverse spin Hall effect induced by spin pumping in Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt films

中山 裕康*; 安藤 和也*; 針井 一哉; 吉野 達郎*; 高橋 遼*; 梶原 瑛祐*; 内田 健一*; 藤川 安仁*; 齊藤 英治

Physical Review B, 85(14), p.144408_1 - 144408_7, 2012/04

 被引用回数:161 パーセンタイル:97.96(Materials Science, Multidisciplinary)

強磁性共鳴(FMR)によるスピンポンピングで誘起される逆スピンHall効果(ISHE)の形状依存性を定量的に調べた。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜のサイズと膜厚を変え、FMRスペクトルとISHEによって誘起される起電力を測定した。薄膜形状を変えるとISHEによって誘起される電流はシステマティックに変化する。スピンポンピングによって誘起されるISHEの膜厚依存性はNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$とPtでは異なっている。

論文

All-oxide system for spin pumping

Qiu, Z.*; 梶原 瑛祐*; 安藤 和也*; 藤川 安仁*; 内田 健一*; 田代 隆治*; 針井 一哉*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 100(2), p.022402_1 - 022402_3, 2012/01

 被引用回数:28 パーセンタイル:76.85(Physics, Applied)

単純な酸化物のみからなる系においてスピン波共鳴によるスピンポンプを逆スピンホール効果(ISHE)を用いて詳しく調べた。ランタンドープのイットリウム鉄ガーネット(La:YIG)/インジウムスズ酸化物(ITO)の2層膜においてスピンポンプが生じスピン流がITO層に注入され、それがISHEを通じて起電力として観測される。この起電力は面外磁場角度と励起マイクロ波パワーに依存して観測されたが、これはISHEの理論予測とよい一致を示す。酸化物のみからなる系でのスピンポンプの発見は酸化物スピントロニクスの可能性を広げるものである。

論文

Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in metallic systems

安藤 和也*; 高橋 三郎; 家田 淳一; 梶原 瑛祐*; 中山 裕康*; 吉野 達郎*; 針井 一哉*; 藤川 安仁*; 松尾 衛*; 前川 禎通; et al.

Journal of Applied Physics, 109(10), p.103913_1 - 103913_11, 2011/05

 被引用回数:338 パーセンタイル:99.43(Physics, Applied)

強磁性/常磁性複層系において、スピンポンピングによって誘起された逆スピンホール効果(ISHE)の系統的な研究を行う。強磁性共鳴により駆動されたスピンポンピングが常磁性層にスピン流を注入し、常磁性層におけるISHEの作用によりスピン流に対して横向きに起電力が生じる。Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜系では、強磁性共鳴条件において印加磁場の向きと直交する方向に起電力が発生することがわかった。起電力のスペクトル形状はローレンツ関数を用いてよく再現され、観測された起電力は完全にスピンポンピング誘起のISHEによるものであることを示している。すなわち、本実験ではその他の外的な磁気電圧効果は排除されている。起電力はマイクロ波強度,印加磁場の方向,薄膜の大きさに対し系統的に変化する。この振る舞いはLandau-Lifshitz-Gilbert方程式に基づく理論計算によりよく再現される。また、この起電力は、Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$を強磁性絶縁体Y$$_3$$Fe$$_4$$GaO$$_{12}$$で置き換えたPt/Y$$_3$$Fe$$_4$$GaO$$_{12}$$複層膜系においても観測され、スピンポンピング誘起ISHEが起電力の起源となっていることを示唆している。

論文

Universality of the spin pumping in metallic bilayer films

吉野 達郎*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 中山 裕康*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治

Applied Physics Letters, 98(3), p.132503_1 - 132503_3, 2011/03

 被引用回数:30 パーセンタイル:77.86(Physics, Applied)

金属二層薄膜でスピンポンプを用いて大きなスピン流を生成する明確な指針を示す。Ni$$_{1-x}$$Fe$$_{x}$$/Pt二層薄膜で逆スピンホール効果を用いてスピンポンプを行い生成したスピン流について測定を行った。逆スピンホール効果の信号の大きさはスピンポンプモデルをもとにした計算結果でよく再現される。スピン流の大きさは飽和磁化の大きさ,ダンピング定数,磁化歳差の立体角の積によって一般に決定される。

論文

Inverse spin-Hall effect induced by spin pumping in different size Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt films

中山 裕康*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 藤川 安仁*; 梶原 瑛祐*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治

Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012100_1 - 012100_4, 2011/01

 被引用回数:7 パーセンタイル:96.03

スピン流を電圧に変換する逆スピンホール効果を異なる長さや幅のNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜で調べた。スピンポンプによって逆スピンホール効果から生じる電圧を室温で測定した。実験結果から逆スピンホール効果によって発生する電圧はNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜の長さに比例することが明らかになった。一方、発生する電圧はNi$$_{81}$$Fe$$_{19}$$/Pt薄膜の幅が変わっても変化しなかった。この結果は逆スピンホール効果を表すモデルと整合する。

論文

Spin pumping and magnetization-precession trajectory in thin film systems

野中 挙海*; 安藤 和也*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治

Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012101_1 - 012101_5, 2011/01

 被引用回数:0 パーセンタイル:0.01

薄膜系を用いて磁化の歳差運動から発生するスピン流であるスピンポンピングについて、磁化歳差の軌跡の観点から調べた。スピンポンピングのモデルを考慮したLandau-Lifshitz-Gilbert方程式を用いて、スピンポンピングによって生成されるスピン流の大きさは、外部磁場が薄膜面に傾いて印加された場合の磁化歳差運動の楕円軌道面を最大にするように決定されることがわかった。

論文

Quantifying spin mixing conductance in $$F$$/Pt ($$F$$ = Ni, Fe, and Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$) bilayer film

吉野 達郎*; 安藤 和也*; 針井 一哉*; 中山 裕康*; 梶原 瑛祐*; 齊藤 英治

Journal of Physics; Conference Series, 266, p.012115_1 - 012115_4, 2011/01

 被引用回数:10 パーセンタイル:97.9

$$F$$/Pt二層膜($$F$$=Ni, Fe, and Ni$$_{81}$$Fe$$_{19}$$)におけるスピンミキシング伝導度をスピンポンピングをもとにしたモデルでの強磁性共鳴(FMR)の最大線幅から定量化を行った。Pt層が$$F$$層に接しているときはスピンポンプによるFMR線幅の増大が観測された。実験ではこれらの$$F$$/Pt二層膜ではスピンミキシング伝導度はそれぞれ同じ程度の大きさを持つことが示された。このことはこれらの薄膜でのスピンポンプによるスピン注入効率がほぼ同一であることを示している。

口頭

スピン偏極陽電子消滅によるスピンホール効果の観測

深谷 有喜; 前川 雅樹; 薮内 敦; 望月 出海; 齊藤 英治; 吉野 達郎*; 河裾 厚男

no journal, , 

スピンホール効果とは、非磁性体においても、スピン軌道相互作用によりアップスピンとダウンスピンの電子が電流方向に対して垂直二方向に分離され、物質表面に蓄積される現象である。これまでに、さまざまな手法を用いてスピンホール効果が検出されている。しかし、いずれの方法も間接的な検出であり、通電状態でスピンホール効果を直接検出するものではない。本研究では、高スピン偏極陽電子ビームを用いて、スピンホール効果により発現する非磁性体表面のスピン偏極電子を直接検出することを試みた。実験は、プロトン照射により作製した$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Ga陽電子線源から放出される高スピン偏極陽電子ビームを用いて行った。陽電子ビームの打ち込みエネルギーは0.1keVであり、消滅$$gamma$$線はGe半導体検出器によって検出した。実験試料として、大きなスピン蓄積が期待されるPt薄膜を、真空蒸着法によりAl$$_{2}$$O$$_{3}$$基板上に成膜した。表面に効率的にスピンを蓄積するため、Pt薄膜の膜厚を50nmとした。Pt薄膜の通電方向を反転させ、消滅$$gamma$$線のドップラー効果を観測したところ、3光子消滅強度に通電方向依存性が見られた。現在のところ、Sパラメータには明瞭な通電方向依存性は観測されていない。このことから、通電方向によってオルソポジトロニウムの生成割合が変化し、その消滅過程である3光子消滅強度が変化したと考えている。

口頭

スピン偏極陽電子消滅によるスピンホール効果の直接検出の試み

深谷 有喜; 前川 雅樹; 薮内 敦; 望月 出海; 吉野 達郎*; 齊藤 英治; 河裾 厚男

no journal, , 

最近、非磁性体においても電流によりスピン流が発現するスピンホール効果が注目を集めている。これまでに、さまざまな手法を用いてスピンホール効果が検出されている。しかし、いずれの方法も間接的な検出であり、通電状態でスピンホール効果を直接検出するものではない。本研究では、高スピン偏極陽電子ビームを用いて、スピンホール効果により発現する非磁性体表面のスピン偏極電子を直接検出することを試みた。測定試料として、大きなスピン蓄積が期待できるPt薄膜を用いた。また薄膜表面に効率的にスピンを蓄積するため、Pt薄膜の膜厚を50nmとした。測定ごとに通電方向を入れ替えて消滅$$gamma$$線のエネルギー分布を測定したところ、3光子消滅強度に明瞭な通電方向依存性が観測された。現在のところ、通電方向によって薄膜表面でのオルソポジトロニウムの生成割合が変化し、その消滅過程である3光子消滅強度に変化が現れたと考えている。講演では、試料への印加電圧依存性,スピン偏極陽電子ビームの打ち込みエネルギー依存性についても報告する。

口頭

スピン偏極陽電子ビームを用いたスピンホール効果の観測

深谷 有喜; 前川 雅樹; 望月 出海; 関 剛斎*; 高梨 弘毅*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治; 河裾 厚男

no journal, , 

最近、非磁性体においても電流によりスピン流が発現するスピンホール効果が注目を集めている。これまで、さまざまな手法を用いてスピンホール効果の検出がなされているが、多くの手法は、通電状態で偏極電子を直接検出するものではない。本研究では、スピン偏極陽電子消滅実験によりスピンホール効果の直接検出を試みた。用いた試料は、酸化物基板上に成膜したPt薄膜(膜厚:50nm)である。$$^{22}$$Na又は$$^{68}$$Ge-$$^{68}$$Gaを陽電子線源として形成したスピン偏極陽電子ビームを通電したPt試料表面に打ち込み、消滅$$gamma$$線のエネルギースペクトルを計測した。陽電子スピンは試料面内に偏極しており、通電方向を変えることで、陽電子と電子のスピンを平行,反平行に変えた。試料への通電方向を一回ごとに反転させながらエネルギースペクトルを測定したところ、3光子消滅強度が通電方向により明瞭に変化することがわかった。さらに、その増減の振幅が電流密度に依存することもわかった。以上の結果は、通電方向を反転させたことで、表面ポジトロニウムを形成している陽電子と電子のスピンの向き(平行・反平行)の割合が変化するためとして説明される。講演では、陽電子の打ち込みエネルギー依存性についても報告する。

口頭

スピン偏極陽電子消滅によるスピンホール効果の研究

深谷 有喜; Zhang, H.; 前川 雅樹; 望月 出海; 関 剛斎*; 高梨 弘毅*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治; 家田 淳一; 前川 禎通; et al.

no journal, , 

スピンホール効果とは、スピン軌道相互作用により上向きと下向きのスピンが電流に対して垂直2方向に分離される効果である。大きな特徴として、磁場を必要としないことと、非磁性体においても発現する点が挙げられ、スピントロニクス分野で精力的に研究されている。通常、電子スピンの偏極は逆スピンホール効果等を利用して間接的に検出されるが、定常電流を発生させた平衡状態で偏極電子スピンを直接検出することが重要である。本研究では、スピン偏極陽電子ビームを用いて、非磁性体において通電中に発現した偏極電子スピンの検出を試みた。エネルギー50eVの陽電子をPtとAu薄膜表面に打ち込んだ時に放出される表面ポジトロニウムの3光子消滅強度を測定したところ、3光子消滅強度が通電方向により変化すること、さらにPt薄膜におけるその振幅はAuに比べて約6倍大きいことがわかった。3光子消滅強度の非対称度から今回得られた電子スピンの偏極率を見積もると、スピン拡散理論から予想される値より4桁大きいことがわかった。今回の結果は、スピンホール効果そのものというよりは、副次的またはそれとは独立に誘発された別の電子スピン蓄積(表面磁性またはラシュバ効果)を検出している可能性がある。

口頭

Spin polarization of Pt/Fe/MgO and Pt/MgO surfaces studied by spin-polarized positron beam

Zhang, H.; 深谷 有喜; 前川 雅樹; Li, H.; 河裾 厚男; 関 剛斎*; 吉野 達郎*; 齊藤 英治*; 高梨 弘毅*

no journal, , 

To directly observe the current-induced spin accumulation (CISP) on the outermost surface of Pt thin films, the Pt/Fe/MgO and Pt/MgO with different Pt thickness were prepared by magnetron sputtering and measured by using the newly-developed spin-polarized positron beam. The 3$$gamma$$ annihilation fraction of Pt(25,50 nm)/Fe(1 nm)/MgO exhibited an asymmetry upon DC reversal suggesting the appearance of in-plane spin-polarized electrons on the outermost surface. The asymmetry of the 3$$gamma$$ annihilation fraction of Pt(25)/Fe(1 nm)/MgO upon DC reversal disappears after rotating 90 degrees around the sample center, indicates that the CISP of the surface electrons is in-plane and perpendicular to the DC. The thickness dependence of CISP in Pt(t$$_N$$)/Fe(1nm)/MgO (t$$_N$$=25, 50, 75 nm) was studied. The estimated spin polarization of Pt(25 nm)/Fe(1 nm)/MgO was 0.11 at j=1.8$$times$$10$$^5$$ A/cm$$^2$$, which is nearly two times bigger than that of Pt(50 nm)/Fe(1nm)/MgO at the same current density. While for Pt(75 nm)/Fe(1 nm)/MgO surface no spin polarization was observed. The surface spin polarization of Pt(25 nm)/Fe(1nm)/MgO is nearly the same with that of Pt(25 nm)/Al$$_2$$O$$_3$$ sample. This phenomenon implies that the surface spin polarization of Pt/Fe/MgO is not induced by the proximity ferromagnetism on the Pt/Fe interface.

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