理研ら,トポロジカル絶縁体表面で高効率スピン流を生成

理化学研究所(理研)と東北大学の共同研究グループは,トポロジカル絶縁体「(Bi1-xSbx2Te3」の表面を用いた新しい電流-スピン流変換現象の実験的観測および定量的評価に成功した(ニュースリリース)。

電流-スピン流変換は,スピントロニクスデバイスの駆動原理として重要な現象の一つ。これまで,電子の運動と電子のスピンの運動を結びつける相互作用(スピン軌道相互作用)が強い遷移金属を用いたスピンホール効果の実験から効率検証が行なわれてき。

しかし,その変換効率は低く,デバイスの低消費電力化に向けて,新しい変換原理に基づく飛躍的な効率向上が求められている。

今回,共同研究グループは,トポロジカル絶縁体(Bi1-xSbx2Te3(Bi:ビスマス、Sb:アンチモン、Te:テルル)を利用したスピントロニクス素子を作製し,トポロジカル絶縁体の表面における電流-スピン流変換現象について調べた。

その結果,界面での高効率な変換現象の観測に成功した。そして,界面での変換現象は,従来の金属系でのスピンホール効果とは本質的に異なる現象であるため,比較基準を改め新しい評価基準を定めた。

さらに,その変換係数の符合が伝導キャリアのタイプ(電子型か正孔型か)に依存しないという,トポロジカル絶縁体特有の現象を検出することに成功した。

この成果により,トポロジカル絶縁体の表面状態を利用することで高効率な電流-スピン流変換が可能であることが示された。今後,スピントロニクスデバイスにおいて,界面の電子物性を考慮した設計をすることで,省電力デバイスの実現に向けた研究が進むとしている。

関連記事「理研,トポロジカル絶縁体の量子化磁気光学効果を観測」「岡山大,トポロジカル超伝導体を実験的に証明」「NIMS,グラフェン系でトポロジカル状態を実現

その他関連ニュース

  • 阪大,GaNへ最高効率・低消費電力でスピンを注入 2023年05月10日
  • 東大ら,有機物質で初めてトポロジカル絶縁体を発見 2023年04月25日
  • 京大ら,テラヘルツとスピンの結合で巨大スピン観測 2023年04月03日
  • 理科大ら,ベクトル光渦の空間構造をスピンに印刷 2023年03月27日
  • 北大,室温で高電圧動作が可能なスピンLEDを実現 2023年02月22日
  • 東大ら,新たな巨大スピン流発生材料の開発に知見 2023年02月15日
  • 原研ら,グラフェンと金の化学結合の形成機構を解明 2023年01月31日
  • 兵県大ら,希土類フリー酸化物で光スイッチング観測 2023年01月12日