[論文レビュー] Sensitively Temperature-Dependent Spin Orbit Coupling in SrIrO3 Thin Films

Lunyong Zhang, Y. B. Chen+5 more|viXra|Sep 29, 2013

Advanced Condensed Matter Physics被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、弱い反局在測定を用いて、SrIrO3薄膜における強い温度依存性を示すスピン軌道結合を明らかにした。ラシュバ係数は1ケルビンあたり30%〜45%増加しており、これは従来の半導体と比較して100倍以上も高い。この効果は、有効Landé g因子の温度依存的変化に起因しており、チューナブルなスピントロニクス素子の可能性を示唆している。

ABSTRACT

Spin orbit coupling plays a non-perturbation effect in many recently developed novel fields including topological insulators and spin-orbit assistant Mott insulators. In this paper, strongly temperature-dependent spin orbit coupling, revealed by weak anti-localization, is observed at low temperature in 5d strongly correlated compound, SrIrO3. As the temperature rising, increase rate of Rashba coefficient is nearly 30%-45%/K. The increase is nearly 100 times over that observed in semiconductor heterostructures. Microscopically, the large increase of Rashba coefficient is attributed to the significant evolution of effective Landé g factor on temperature, whose mechanism is discussed. Sensitively temperature-dependent spin orbit coupling in SrIrO3 might be applied in spintronic devices

研究の動機と目的

• 5d遷移金属酸化物SrIrO3薄膜におけるスピン軌道結合の温度依存性を調査すること。
• 相関電子系における顕著に強化されたスピン軌道結合の微視的起源を理解すること。
• 温度感受性の高いスピン軌道結合がスピントロニクス素子設計に与える影響を調査すること。
• SrIrO3におけるラシュバ係数の温度依存の測定と定量的評価。
• 観察されたスピン軌道結合の温度依存性と有効Landé g因子の変化の相関を検証すること。

提案手法

• 弱い反局在（WAL）輸送測定を用いて、SrIrO3薄膜におけるスピン軌道結合をプローブすること。
• 磁場および温度の関数としての磁気抵抗を測定し、スピン軌道結合パラメータを抽出すること。
• WAL効果の温度依存性を分析して、ラシュバスピン軌道結合係数を決定すること。
• Hikami-Larkin-Nagaoka（HLN）モデルを用いて磁気抵抗データをフィッティングし、スピン軌道散乱率を抽出すること。
• 観察されたラシュバ係数の増加を、温度に伴う有効Landé g因子の変化と関連付けること。
• SrIrO3におけるスピン軌道結合の温度感受性を、従来の半導体ヘテロ構造と比較すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SrIrO3薄膜におけるスピン軌道結合はどのように温度に依存するか？
• RQ2 SrIrO3におけるラシュバ係数の大きさと温度依存性は、従来の半導体と比較してどの程度か？
• RQ3 この5d相関電子系におけるスピン軌道結合の強い温度依存性の背後にある微視的メカニズムは何か？
• RQ4 有効Landé g因子はどのように温度に応じて変化し、スピン軌道結合の調製に果たす役割は何か？
• RQ5 観察されたスピン軌道結合の温度感受性は、チューナブルなスピントロニクス素子の実現に活用可能か？

主な発見

• SrIrO3薄膜におけるラシュバスピン軌道結合係数は、温度上昇に伴い1ケルビンあたり30%〜45%増加する。
• この温度依存性は、従来の半導体ヘテロ構造で観察されたものと比較して約100倍も強い。
• ラシュバ係数の増加は、有効Landé g因子の顕著な温度依存的変化に起因している。
• 弱い反局在測定により、温度に強く依存する強いスピン軌道結合の存在が確認された。
• 本研究では、5d相関酸化物における新規で顕著な温度調整可能なスピン軌道結合メカニズムを示した。
• これらの発見は、SrIrO3を用いた電気的または熱的に調整可能なスピン特性を有するスピントロニクス素子の設計に可能性を示唆している。