本プロジェクトでは、採択者がこれまでに研究開発を進めてきた熱スピン変換技術の更なる高機能化及び、実際の情報通信デバイスに実装されている表面弾性波を用いた熱スピン変換技術の開発を目指す。
採択者は、まず初めに熱スピン変換技術から電気エネルギーを取り出すために重要となる物理定数であるスピンホール角の高温領域の温度依存性を定量的に評価するため、ガラス基板上に成膜した磁性金属/非磁性金属から構成される2 層膜を作製し、マイクロ波電流を通電することで、交流スピントルクにより励起された共鳴スペクトルを測定した。検出された共鳴スペクトルの静磁場印加角依存性から、交流電流のアンペール磁場などのスピン流以外のトルク成分を取り除き、スピンホール角を定量的に評価する手法を開発した。得られた非磁性金属Pt のスピンホール角のマイクロ波電流の強度依存性から高温領域におけるスピンホール角の温度依存性を評価した。得られた結果は室温から高温への温度上昇に伴いスピンホール角が増大する傾向が得られ、この結果は先行研究の低温領域でのPt のスピンホール角の温度依存性の振る舞いと一致しており、開発した手法がスピンホール角の高温領域での温度依存性の評価に有用であることを示している。
その後、表面弾性波デバイス上に、微細加工技術を駆使してゼーベック係数の異なる2 種類の金属から形成されるゼーベック素子を作製し、発熱温度を評価したところ、少なく見積もっても、1 K 以上の発熱が生じていることが分かった。1 K 以上の発熱は、これまでに採択者が開発してきた熱スピン変換技術には十分の値である。
上述の通り要素技術として重要な知見が得られた一方で、最終目標である表面弾性波を用いた熱スピン変換技術開発は達成することができなかった。この原因は、採択者がこれまでに開発してきた熱スピン変換効率の大きなCoFe-系合金の作製ができなかったことが主な要因である。そのため、最終目標である表面弾性波を用いた熱スピン技術の開発は、今後の課題としたい。
Aim of this project is the development of the conversion technique between the heat and spin angular momentum by using the surface acoustic wave.
First, we had developed the precis estimation method for the spin Hall angle at the high-temperature region. By using this method, the estimated spin Hall angle of Pt at about 400 K was 10 % increased with the temperature raise from the one at the room temperature. Second, we had monitored the temperature rise due to the surface acoustic wave by using the nano-fabricated thermoelectric element. The temperature change by the propagating surface acoustic wave was found to exceed 1 K, which significantly affects the spin-current transport.