東北大学の研究グループは，スピン軌道相互作用の強い金属プラチナ（Pt）の単結晶薄膜を作製し，量子干渉効果の膜厚依存性を詳細に解析することによりスピン伝導機構の解明に成功した（ニュースリリース）。

プラチナはスピン軌道相互作用が強いことからスピン軌道トルクやスピンゼーベック効果の起電力を生み出す有望な材料として注目されている。

スピン軌道相互作用は電荷の流れ（電流）と垂直方向にスピン角運動量の流れであるスピン流を生み出すとともに，スピン流から電荷の蓄積（起電力）を生み出すスピンホール効果の起源となるためスピントロニクスにおいて重要な役割を果たしている。

最近，このスピン流を用いて磁性体の磁化方向を反転させるスピン軌道トルクが新たな磁化反転技術として着目されている。

しかしながら，スピンホール効果の強さを示す指標としてプラチナのスピンホール角（＝スピン流/電荷流；電流とスピン流の変換効率）が測定方法や試料の作り方によって1桁近くばらついていることから，プラチナ中のスピン伝導現象を解明することが求められていた。

今回，研究チームは酸化マグネシウム（MgO（111））基板上にプラチナの単結晶極薄膜を作製することに成功し，量子干渉効果（磁気コンダクタンス特性）の膜厚依存性をガリウムヒ素（GaAs（001））基板上に作製した多結晶プラチナ薄膜と比較した。

その結果，プラチナ多結晶薄膜ではスピン緩和時間と電子散乱時間が比例関係にあり，これまで知られているエリオット・ヤフェット（Elliott-Yafet）機構が支配している事を確認した。

一方，プラチナ単結晶薄膜ではスピン緩和時間と電子散乱時間が逆比例の関係に有り，デャコノフ・ペレル（Dyakonov-Pelel）機構が重要な役割を果たしていることを発見した。

この結果は，化合物半導体ヘテロ構造で知られるラッシュバ（Rashba）スピン軌道相互作用がスピン緩和に寄与している事を示唆しており，電界により制御出来る可能性を示すものだという。スピン流の自在な電界制御や電界駆動が可能になると低消費電力スピントロニクスの実現に近づくとしている。

関連記事「NECら，スピンゼーベック熱電変換で10倍の効率」「東北大，表面プラズモンによりスピン流を生成すことに成功」「東大ら，超伝導状態におけるスピンホール効果を初観測」