課題番号                 ：S-17-OS-0056

利用形態                ：共同研究

利用課題名（日本語）    ：両極性伝導体YH₂への磁化反転スピン注入を目的とした微小ホール素子作製

Program Title (English)   ：van der Pauw type Hall device for spin injection to bipolar conductor YH₂

利用者名（日本語）       ：酒井　政道

Username (English)       ：M.Sakai

所属名（日本語）          ：埼玉大学, 理工学研究科,物理・機能専攻

Affiliation (English)       ：Graduate School of Science and Engineering, Saitama University

キーワード／Keyword　：接触式膜厚測定器, スピン注入, 両極性伝導体, YH₂, TbFeCo電極

１．概要（Summary）

非磁性体であるものの、正孔と電子の密度及び移動度がほぼ等しい両極性伝導特性を有するYH₂を用いて、バイポーラスピントロニクスの研究を行っている。これまで、主に当該微細加工PFを利用して、電極にフェリ磁性体Tb₂₆Fe₆₆Co₈、チャネルに擬ゼロホール係数特性を示す両極性伝導体YH₂を用いたvan der Pauw型ホール素子を作製してきた。その際、Si基板上の絶縁膜SiO₂によるYの酸化及び、希土類金属Tbの水素化を防ぐためにYチャネル部の下地にTiを用いた。しかし、この下地Tiがスピン注入効率に影響を与える懸念があるので、本年度では、新規に下地Tiを用いない素子を作製し、先行研究の結果と比較した。

２．実験（Experimental）

【利用した主な装置】

S17 接触式膜厚測定器BURUKER “DektakXT”

【実験方法】

Si基板上にレジスト（AZ-1500）をスピンコートにより塗布し、フォトリソグラフィーにて電極パターンを形成した。レジスト層の膜厚を接触式膜厚測定器にて測定したところ、約2μmとなっていた。その後、スパッタにより基板上にTbFeCo膜を成膜、リフトオフによりTbFeCo電極を作製し、この電極上に試料部となるY層を蒸着した。Yチャネル下地Tiの有無以外は先行研究（課題番号S-15-OS-0020）と同条件で作製した。磁場（磁場範囲±5T）を試料面に対して垂直に印加した状態で、電流値50 µA以下,周波数10 Hz の交流電流を面内に流し、電流と交差する電極間電位差を計測して、ホール抵抗を評価した。測定はすべて室温で行った。

３．結果と考察（Results and Discussion）

TbFeCo /Ti/ YH₂及びTbFeCo/ YH₂のホール抵抗の磁場依存性をそれぞれFig. 1（a）及び（b）に示す。どちらにおいてもヒステリシスの伴う同程度の大きさの異常ホール効果的信号が観測されたが、異常ホール係数の符号は前者が負、後者が正となった。また、前者（Tiあり）はゼロ磁場付近にピーク構造が現れるのに対して、後者（Tiなし）ではそれが観測されない。

４．その他・特記事項（Others）

科学研究補助金（基盤研究(C)（一般））両極伝導性水素吸蔵体を利用した電荷・スピンの相反型蓄積機能

５．論文・学会発表（Publication/Presentation）

(1) M. Sakai, H. Takao, T. Matsunaga, M. Nishimagi, K. Iizasa, T. Sakuraba, K. Higuchi, A. Kitajima, S.  Hasegawa, O. Nakamura, Y. Kurokawa, and H. Awano, Resonant Hall effect under generation of a self-sustaining mode of spin current in nonmagnetic bipolar conductors with identical characters between holes and electrons, Jpn. J. Appl. Phys. 57 (2018) pp. 033001-1-13.

(2) 酒井政道、高尾啓、松永智善、西間木誠、飯笹圭太郎、桜庭琢士、樋口宏二、北島彰、長谷川繁彦、黒川雄一郎、粟野博之, 両極性非磁性伝導体RH₂(R=Y, Sc)におけるスピン流の自律モード発生によるホール抵抗の共鳴的増大, 日本物理学会2017年秋季大会, 平成29年9月22日（発表日）.

６．関連特許（Patent）

なし