CC BY
13--373
СПИНТРОНИКА 373
ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ТОКА ИНЖЕКЦИИ НА СПИНОВУЮ АККУМУЛЯЦИЮ И ТЕРМОЭДС В ЛАТЕРАЛЬНОЙ СПИНВЕНТИЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ NiCo-InSb-NiCo Никулин Ю.В., Селезнев М.Е., Веселов А.Г., Филимонов Ю.А.
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратовский филиал, http://www. cplire.ru/rus/sfire
Саратов 410019, Российская Федерация
Поступила в редакцию 12 ноября 2018, принята 10 декабря 2018 Представлена действительным членом РАЕН А.В. Андреевым
Исследовано влияние направления и величины тока инжекции I (5^А—2 тА) на спиновую аккумуляцию Us и термоЭДС Ue в латеральной спинвентильной структуре ферромагнитный металл (№Со)-антимонид индия (InSb), в которой спинпроводящий канал изготовлен из текстурированной пленки n-InSb(111) толщиной 500 nm с подвижностью электронов 2.1 т2/ V^s. Для нелокальной геометрии инжектирования и детектирования при T ~ 300K установлено, что при токе инжекции I меньше критического Ic, значение которого определяется геометрией структуры, детектируемое напряжение Uac = Us + Ue линейно увеличивается с ростом I от единиц до нескольких сотен микровольт и различается знаком для прямого и обратного направлений тока (|I| < Ic — область спиновой аккумуляции, Uac ~ U ). При токах инжекции |I| > I, наблюдается резкий рост детектируемого напряжения до единиц-десятков милливольт, при этом знак детектируемого напряжения является положительным для обоих направлений тока инжекции (|I| > I — доминирует термоэлектрический эффект, U ~ U, U << U).
ac e s e'
Ключевые слова: латеральная спинвентильная структура, полупроводник, антимонид-индия, ферромагнитный металл, спиновый транспорт
PACS: 72.25.-b, 73.40.-c_
Содержание
1. Введение (373)
2. Материалы и методы (375)
3. результаты и обсуждение (376)
4. заключение (378) Литература (378)
1. ВВЕДЕНИЕ
Исследование явлений спинзависимого транспорта в микро- и наноструктурах представляет интерес в связи с возможностью разработки и оптимизации устройств спинтроники — жестких дисков, магнитной оперативной памяти, высокочувствительных СВЧ детекторов, спиновых транзисторов и биосенсоров [1-9]. В настоящее время в большинстве спинтронных устройств в качестве "активного" элемента используются многослойные спинвентильные структуры с вертикальным расположением инжектирующего и детектирующего ферромагнитных (ФМ)
электродов, разделенных тонким слоем парамагнитного металла или слоем диэлектрика [10]. Однако, в последнее время наблюдается повышенный интерес к исследованию спинвентильных структур с латеральным расположением инжектирующего и
детектирующего ФМ электродов, соединенных "мостиком" из парамагнитного металла [1125], полупроводника [26-32], графена [33, 34] или проводящего полимерного материала [35]. Благодаря такому расположению ФМ электродов в латеральных спинвентильных структурах (ЛСВ) появляется возможность разделить цепь инжекции спинполяризованного тока и цепь детектирования за счет использования, так называемой, нелокальной геометрии спиновой инжекции и аккумуляции, впервые предложенной в [36]. Преимуществом нелокальной геометрии является возможность генерации и детектирования "чистого" спинового тока — диффузного тока электронов,
СПИНТРОНИКА
не связанного с переносом заряда. При этом управление спиновым током так же, как и в вертикальных спиновых вентилях, происходит за счет изменения направления намагниченности инжектирующего и детектирующего
ферромагнитных электродов из параллельного в антипараллельное.
Ключевыми характеристиками материалов для изготовления ФМ и НМ электродов в ЛСВ структурах, которые определяют значение аккумулируемой спиновой ЭДС, являются степень поляризации Р электронов ФМ металла, длина спиновой диффузии X электронов в немагнитном (НМ) материале, а также чистота интерфейса между ФМ металлом и НМ материалом. В этой связи, с целью повышения ЭДС спиновой аккумуляции, для формирования инжектирующих и детектирующих электродов, применяются сильные ферромагнетики NiFe [12-19, 21, 22, 32, 33, 35], FeCo [25], Со [14, 15, 23, 30, 34], МеА1 [11, 18], Со^е^ [20, 24, 31]) с большой степенью спиновой поляризации, а для создания спинпроводящего канала - материалы с наибольшей X [11-34].
В настоящее время наиболее широкое распространение получили ЛСВ структуры на основе поликристаллических пленок ферромагнитных и парамагнитных металлов Си [13-25], А1 [14, 25], Ag [12, 17, 25], Аи [15, 25], что в значительной степени обусловлено простотой изготовления таких структур. Однако, длина спиновой диффузии для парамагнитных металлов, как правило, не превышает нескольких сотен нанометров [11-25, 37]. По этой причине, для ЛСВ структур на основе ФМ и НМ металлов, величина генерируемого спинового напряжения и, измеренная в нелокальной геометрии, составляет единицы микровольт при криогенных температурах [11-25]. Отметим, что существенного увеличения и (до сотен микровольт при 10 К) для ЛСВ структур на базе ферромагнитных и немагнитных металлов удается достичь за счет использования туннельного барьера между ФМ и НМ металлами [12, 25].
Следует ожидать, что существенного увеличения и при комнатной температуре можно достичь, если в качестве материала для спинпроводящего канала использовать материал с большей X и более высокой
подвижностью носителей заряда ц, чем у парамагнитных металлов. С этой точки зрения, наиболее перспективными материалами являются полупроводники и графен. ЛСВ структуры на основе полупроводников 1пАэ, GaAs, и графена обсуждались в [26-34].
Для латеральных спинвентильных структур на основе графена были получены оценки длины спиновой диффузии Х8 ~ 1.5-4 цт [33, 34], на основе эпитаксиальных пленок InAs — X ~ 1.9 цт [30], эпитаксиальных пленок GaAs — X ~ 6.2 цт [31] и монокристаллического InSb — Xs ~ 25 цт [26, 27]. Наибольшие значения длины спиновой диффузии для InSb обусловлены тем, что в монокристаллическом состоянии этот полупроводник обладает самой высокой подвижностью электронов (цн ~ 6 m2/V•s при 300 К и цн ~ 70 при 77 К) среди других
полупроводников [38].
Принимая во внимание потенциальные преимущества эпитаксиальных
полупроводниковых пленок InSb как материала для создания спинового канала в ЛСВ структуре, нужно отметить, что требование соответствия постоянных кристаллической решетки между пленкой и подложкой накладывает жесткие ограничения на возможность выбора подложки для роста эпитаксиальных пленок и, в
результате, существенно усложняет технологию изготовления ЛСВ структур. В этой связи, практический интерес представляет разработка латеральных спинвентильных структур, в которых спинпроводящий канал изготовлен из поликристаллической пленки с высокой
подвижностью электронов. С учетом того, что поликристаллические пленки можно вырастить практически на любой неориентирующей подложке, например, стекле, окисле кремния, поликоре, такая возможность может существенно расширить границы применения ЛСВ структур ферромагнитный металл-полупроводник.
Однако, как показывает анализ литературы по данному вопросу [11-34], ЛСВ структуры на основе поликристаллических пленок и ФМ металлов к настоящему времени не обсуждались.
В настоящей работе показано, что ЛСВ структуры, в которых спинпроводящий канал изготовлен из текстурированной пленки я-1^Ь(111) с подвижностью электронов
^ПМ1_1ТС>/'М_1М1ГЛ ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ТОКА ИНЖЕКЦИИ НА СПИНОВУЮ 375
СМИН1гиНИКА
АККУМУЛЯЦИЮ И ТЕРМОЭДС В ЛАТЕРАЛЬНОЙ СПИНВЕНТИЛЬНОИ СТРУКТУРЕ..
2.1 m2/V's при 300 К, способны эффективно аккумулировать спиновое напряжение величиной до нескольких сотен мкВ при комнатной температуре при расстоянии между ФМ электродами 1.5 цт. Обсуждается влияние величины и направления тока инжекции на ЭДС спиновой аккумуляции и термоЭДС для случая нелокальной геометрии инжектирования и детектирования при комнатной температуре.
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ
Латеральная спин-вентильная структура NiCo(d~30 nm)/InSb(d~500 nm)/NiCo(d~30 nm) создавалась с помощью методов магнетронного (NiCo) и термического импульсного распыления (InSb), позитивной фотолитографии и ионного травления (рис. 1а) на поликоровой подложке. На первом этапе изготовления ЛСВ структуры, на поверхности поликоровой подложки методом термического импульсного распыления [39] формировалась пленка InSb толщиной d ~ 500 nm (Dektak 150, Veeco). По данным рентгеноструктурного анализа (ДРОН-8, НПО "Буревестник") пленка InSb характеризуется сильной текстурой (111) с коэффициентом текстуры k ~ 0.016, т.е. 98.4% кристаллитов ориентированы направлением [111]
перпендикулярно поверхности подложки (рис. 1а). Массовая концентрация кристаллической фазы соответствует InSb - 97%, In - 2%, In2O3 — 1%. Содержание аморфной фазы в пленке находится в пределах 0.4-2%. Средний размер области когерентного рассеяния составляет около 250 nm. По данным оптической (Olympus, MX-4) и сканирующей электронной (Auriga,
Carl Zeiss) микроскопии пленка InSb обладает мозаичной морфологией поверхности и столбчатой структурой по толщине (рис. 1б).
Оценка подвижности электронов цн [m2/ V^s], коэффициента Холла RH [m3/C], удельного сопротивления р [Ohm^m] и концентрации носителей заряда n [m-3] пленки InSb производилась методом Ван дер Пау [40, 41] при комнатной температуре в магнитном поле (B ~ 0.2 Т), приложенном перпендикулярно поверхности пленки антимонида индия. На рис. 1в приведено схематическое изображение образца InSb, для которого определялись электрические параметры. Цифрами 1-4 обозначены точечные токопроводящие контакты к пленке InSb, римскими цифрами I-IV показаны удаленные путем скрайбирования участки пленки InSb. Расчет цн, RH, р и n проводился согласно [41]:
Р
Рн
П :
nd ln2
(R + R Л
12,34 z3,41
(
1 -
ln2
R12,34 R23, R23
R
J J
ÁU24d
I24B
R
H
P
eR»
(1) (2)
(3)
(4)
U
где с1 — толщина пленки, ^12,34 ~ — отношение
112
напряжения, измеряемого между контактами 3 и 4 к току, протекающему между контактами 1 и 2;
и,
I,
- отношение напряжения, измеряемого
Рис. 1. (а) Рентгеновская дифрактограмма пленки п-1пЕЬ(111) толщиной 500 пт; (б) оптическое изображение поверхности пленки п-1п8Ь(111). На вставке к рисунку (б) приведено изображение поперечного сечения пленки толщиной d ~ 600 пт; (в) схематическое изображение образца для измерения методом Ван дер Пау, изготовленного из пленки на поликоровой подложке
(10x10 тт2).
1
СПИНТРОНИКА
между контактами 4 и 1 к току, протекающему между контактами 2 и 3; AU24 — изменение напряжения U вызванное магнитным полем с индукцией B ~ 0.2 Т; e ~ 1.602^10-19C — заряд электрона.
В результате измерения были получены следующие оценки параметров цн, RH, р и n для текстурированной пленки n-InSb(111) толщиной 500 nm: цн ~ 2.1 m2/V^, RH ~ 1.06^10-4 m3/C, р ~ 49^10-6 Ühm^m и n ~ 5.8-1022 m-3.
На втором этапе на поверхности пленки InSb методом позитивной фотолитографии и ионного травления формировался рисунок контактов и спинпроводящего канала шириной w ~ 1.5 цт (рис. 2а). На третьем этапе на поверхность пленки InSb методом магнетронного распыления осаждалась пленка NiCo толщиной d ~ 30 nm, из которой методами позитивной фотолитографии и ионного травления формировались инжектирующий и детектирующий ферромагнитные электроды шириной w ~ 1.5 цт, расположенные на расстоянии w ~ 1.5 цт друг от друга (рис. 2б).
С целью определения омичности контакта антимонид-индия-ферромагнитный металл была измерена вольт-амперная характеристика (ВАХ) контакта InSb-NiCo в диапазоне токов 11| < 2 тА. Для этого была создана тестовая крестообразная структура, состоящая из двух пересекающихся микрополосок InSb (d ~ 500 nm) и NiCo (d ~ 30 nm) шириной w ~ 1.5 цт каждая. Результаты измерения ВАХ контакта антимонид-индия-NiCo показывают, что получаемые структуры обладают невыпрямляющим контактом на интерфейсе ферромагнитный металл-антимонид индия.
Как следует из рис. 2в ВАХ близка к линейной при |I| < 1.5 тА, а при токе большем 1.5 тА проявляется слабая нелинейность, которая может быть связана с наличием тонкого окисного слоя In O на границе между пленкой InSb и NiCo, образующегося в процессе формирования пленки антимонида индия.
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Токовые измерения в ЛС структуре проводились в нелокальной геометрии спиновой инжекции и детектирования при комнатной температуре стандартным 4-х зондовым методом. Схема измерения приведена на рис. 3а. В структуру инжектировался постоянный ток I в двух направлениях I+ и I' величиной I ~ 1 ц^-1.2 тА при T ~ 300 K. Магнитное поле H ~ ±0.3 kOe прикладывалось в плоскости структуры параллельно ФМ электродам. При этом выбранный диапазон магнитного поля H соответствовал полю, в котором наблюдался магниторезистивный эффект для каждого из ферромагнитных электродов. Для каждого выбранного значения и направления тока инжекции I определялась зависимость сопротивления R детектирующего контакта от величины магнитного поля Н, где R = U /I,
^ ac ^
U = U + U, U — детектируемое напряжение,
ac s e ac L J 1
I — ток, инжектируемый в структуру, U — напряжение спиновой аккумуляции, U — напряжение термоэлектрического эффекта (рис. 3б). Из полученных зависимостей R(H) определялись значения R , R и AR = R — R и
•L ap p ap p
Uc = AR^| I|, где Ra — сопротивление контакта в случае, когда направление намагниченностей
Рис. 2. (а) Изображение системы электродов на основе пленки с шириной спинпроводящего канала ш ~ 1.5 цт; (б) Изображение системы ферромагнитных электродов ШСо (1,2), сформированных поверх системы электродов (3). Ширина ФМ электродов ш ~ 1.5 цт, расстояние между ФМ электродами ш ~ 1.5 цт; (в) Вольт-амперная характеристика контакта
1^Ь-ЫСо, измеренная в диапазоне токов \1\ < 2 тА.
СПИНТРОНИКА
ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ТОКА ИНЖЕКЦИИ НА СПИНОВУЮ 377 АККУМУЛЯЦИЮ И ТЕРМОЭДС В ЛАТЕРАЛЬНОЙ СПИНВЕНТИЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ...
Рис. 3. (а) Схема измерения латеральной спинвентильной струкутры в нелокальной геометрии спиновой
инжекции и детектирования. Цифрами обозначены: 1, 2 — ферромагнитные электроды NСо, 3 — спинпроводящий канал (б) Зависимость параметра R от внешнего магнитного поля Н для тока инжекции I ~ 500 цА, где R = иа/1, и — измеряемое
напряжение, I — ток, инжектируемый в структуру.
ФМ
инжектирующего и детектирующего электродов близко к антипараллельному,
электроды и, в целом, технологией изготовления Я структуры. В нашем случае различие значений
— сопротивление структуры в магнитном поле 1+ и I может быть обусловлено асимметрией Н, соответствующем полю насыщения ФМ формы и различием площади электродов ФМ и электродов. InSb.
На рис. 4а-в представлены зависимости Я При значениях тока инжекции большего
ДЯЯ и и^ = ДК.'|1| от величины и направления критического значения I (I > 1+ ~ 1.1 тА и I > тока инжекции при Т ~ 300 К. Из рисунков I ~ 0.5 тА) наблюдается резкий рост значений видно, что при токах инжекции I меньших детектируемого напряжения и^ для одного критического 1(1<1^ ~ 1.1 тА и I < I ~ 0.5 тА) значения параметров и ДЯЯ почти не зависят от I, а значение и^ линейно увеличивается с ростом тока до | и | ~ 250-500 ц^. Известно, что величина спинового напряжения и линейно зависит от тока инжекции I [27]:
U, = P^e
s 2 A
(5)
где I — ток инжекции, w — расстояние между ферромагнитными электродами, — длина спиновой диффузии в немагнитном материале, P — степень спиновой поляризации электронов вблизи интерфейса немагнитного материала, р — удельное сопротивление немагнитного материала, A — площадь поперечного сечения спинпроводящего канала.
Поэтому можно считать, что диапазон токов инжекции |I| < I соответствует области, для которой в детектируемом напряжении Uc доминирует ЭДС спиновой аккумуляции, т.е. U ~ U, U ~ 0.
г е
Отметим, что величина критического тока I существенным образом определяется геометрией и размерами электродов спинвентильной структуры, толщиной пленок, из которых изготавливаются ферромагнитные и немагнитные
Рис. 4. Зависимости параметров (а) К-^, (б) AR = К-(в) и = АКЩ от величины и направления тока I инжектируемого в структуру при комнатной температуре.
R
p
СПИНТРОНИКА
из направлений тока ("отрицательного" I-) и изменение знака зависимости UJI) для обратного ("положительного" I+) направления тока. Такое поведение зависимости параметра Uc от I может быть обусловлено вкладом термоЭДС в детектируемое напряжение, за счет резистивного нагрева структуры при больших токах инжекции [14]. Принимая во внимание, что протекание инжекционного тока через контакт антимонид индия-ферромагнитный металл независимо от направления I сопровождается выделением тепла, можно предполагать, что второй детектирующий контакт выступает в роли термопары, для которой нагрев всегда сопровождается генерацией термоЭДС положительной полярности. Таким образом, можно считать, что диапазон токов |I| > I соответствует области, для которой в детектируемом напряжении U доминирует термоЭДС, т.е. Uc ~ U, U << U/
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Исследовано влияние направления и величины тока инжекции I (5 цА — 2 тА) на спиновую аккумуляцию в латеральной спин-вентильной структуре ферромагнитный металл (МСо)-антимонид индия (InSb), в которой спинпроводящий канал изготовлен из текстурированной пленки Ä-InSb(111) с подвижностью электронов 2.1 mP'/V'S. Для нелокальной геометрии инжектирования и детектирования при температуре T ~ 300 К определены зависимости от тока I параметров R , AR = R — R и U = AR-I, где U = U +
ap p ap ac ac s
U, US — напряжение спиновой аккумуляции, U - напряжение термоэлектрического эффекта, R — сопротивление структуры при "квази" антипараллельном направлении намагниченности в инжектирующем и детектирующем ферромагнитных (ФМ) электродах, Rp — сопротивление структуры в магнитном поле H (поле насыщения), соответствующему параллельному
намагничиванию ФМ электродов. Установлено, что при T ~ 300 K и токе инжекции I меньшего критического Ic, величина которого определяется геометрией структуры, значения параметров Rap и AR практически не зависят от I, а значение Uac линейно увеличивается с ростом тока I от единиц до нескольких сотен микровольт (область
спиновой аккумуляции, U' ~ U) При значениях |I| > I наблюдается резкий рост значений AR и U для одного из направлений тока и смена
ОС L
знака зависимостей AR(I) и U (I) для обратного направления тока вследствие резистивного нагрева структуры при больших токах инжекции (|I| > I — область доминирующего влияния термоэлектрического эффекта, U ~ U, U << U.
•L -L А 1 ac e^ s e
Полученные результаты могут представлять интерес при разработке высокочувствительных СВЧ детекторов на основе латеральных спинвентильных структур [17] ферромагнитный металл-антимонид индия.
Благодарности
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ — проекты № 16-37-60052, 16-29-14058.
ЛИТЕРАТУРА
1. Fang B, Carpentieri M, Hao X, Jiang H, Katine JA, Krivorotov IN, Ocker B, Langer J, Wang KL, Zhang B, Azzerboni B, Amiri PK, Finocchio G, Zeng Z. Giant spin-torque diode sensitivity in the absence of bias magnetic field. Nature Commutications, 2016, 7(11259):1-7.
2. Gui YS, Xiao Y, Bai LH, Hemour S, Zhao YP, Houssameddine D, Wu K, Guo H, Hu CM. High sensitivity microwave detection using a magnetic tunnel junction in the absence of an external applied magnetic field. Appl. Phys. Lett., 2015, 106(152403):1-6.
3. Fan X, Cao R, Moriyama T, Wang W Zhang HW, Xiao JQ. Magnetic tunnel junction based microwave detector. Appl. Phys. Lett, 2009, 122501:1-4.
4. Li X., Zhou Y, Zheng C, Chan PH., Chan M, Pong PWT. Field-angle and DC-bias dependence of spin— torque diode in giant magnetoresistive Microstripe. Appl. Phys. Lett., 2016, 109 (192402):1-6.
5. Kumar PSA, Lodder JC. The spin-valve transistor. J. Phys. D: Appl. Phys., 2000, 33:2911-2920.
6. Fu L, Gui YS, Bai LH, Guo H, Abou-Rachid H, Hu CM. Microwave holography using a magnetic tunnel junction based spintronic microwave sensor. J. Appl. Phys,, 2015, 117(213902):1-6.
7. Tulapurkar AA, Suzuki A, Fukushima A, Kubota H, Maehara H, Tsunekawa K, Djaya-prawira DD, Watanabe N, Yuasa S. Spin-torque diode effect in magnetic tunnel junctions. Nature, 2005, 438:339-342.
8. Deen DA, Pokhil TG, Singleton E, Patwari MSU. Lateral spin valve reader with large-area tunneling spin injector. US Patent, № US9685178B1, 20 June 2017.
9. Hall DA, Gaster RS, Lin T, Osterfeld SJ, Han S, Murmann B, Wang SX. GMR biosensor arrays: A
NANOSYSTEMS
ВЛИЯНИЕ ВЕЛИЧИНЫ И НАПРАВЛЕНИЯ ТОКА ИНЖЕКЦИИ НА СПИНОВУЮ 379 АККУМУЛЯЦИЮ И ТЕРМОЭДС В ЛАТЕРАЛЬНОЙ СПИНВЕНТИЛЬНОЙ СТРУКТУРЕ...
system perspective. Biosensors and Bioelectronics, 2010, 25(9):2051-2057.
10. Wu Y. Nano Spintronics for Data Storage. Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology. Edited by H.S. Nalwa, Stevenson Ranch, Calif., 2004, 10:1-50.
11. Hu S, Nomura T, Uematsu G, Asam N, Kimura T. First- and second-harmonic detection of spin accumulation in a multiterminal lateral spin valve under high—bias ac current. Phys. Rev. B, 2016, 94(014416):1-5.
12. Fukuma Y, Wang L, Idzuchi H, Takahashi S, Maekawa S, Otani YC. Giant enhancement of spin accumulation and long-distance spin precession in metallic lateral spin valves. Nature Materials, 2011, 10:527-531.
13. Otani Y, Kimura T. Manipulation of spin currents in metallic Systems. Phil. Trans. R Soc. A., 2011, 369:3136-3149.
14. Casanova F, Sharoni A, Erekhinsky M, Schuller IK. Control of spin injection by direct current in lateral spin valves. Phys. Rev. B., 2009, 79(184415):1-6.
15. Ji Y, Hoffmann A, Jiang JS, Pearson JE, Bader SD. Non-local spin injection in lateral spin valves. J. Phys. D: Appl. Phys., 2007, 40:1280-1284.
16. Kimura T, Hamrle J, OtaniY, Tsukagoshi K, Aoyagi Y. Spin-dependent boundary resistance in the lateral spin-valve structure. Appl. Phys. Letters, 2004, 85:3501-3503.
17. Kuhlmann N, Swoboda C, Vogel A, Matsuyama T, Meier G. All-metal lateral spin valve operated by spin pumping. Phys. Rev. B, 2013, 87(104409):1-5.
18. Nomura T, Ohnishi K, Kimura T. Large spin current injection in nano-pillar-based lateral spin valve. AJP Conference Proceedings, 2016, 1763(020011):1-5.
19. Nonoguchi S, Nomura T, Kimura T. Longitudinal and transverse spin current absorptions in a lateral spin-valve structure. Phys. Rev. B., 2012, 86(104417):1-5.
20. Oki S, Kurokawa T, Honda S, Yamada S, Kanashima T, Itoh H, Hamaya K. Robust spin-current injection in lateral spin valves with two—terminal Co2FeSi spin Injectors. AJP Advances, 2017, 7(055808):1-7.
21. Erekhinsky M, Sharoni A, Casanova F, Schuller IK. Surface enhanced spin-flip scattering in lateral spin valves. Appl. Phys.Lett., 2010, 96(022513):1-3.
22. Kimura T, Hamrle J, Otani Y. Estimation of spindiffusion length from the magnitude of spin-current absorption: Multiterminal ferromagnetic/ nonferromagnetic hybrid structures. Phys. Rev. B., 2005, 72(014461):1-6.
23. Smith AK, Jamali M, Stecklein G, Crowell PA, Wang JP. Demonstration of nonlocal lateral spin valve devices fabricated with a versatile top-down fabrication process. JEEE Magnetics Lett, 2015, 6:1-5.
24. Yamasaki K, Oki S, Yamada S, Kanashima T, Hamaya K. Spin-related thermoelectric conversion in lateral spin-valve deviceswith single-crystalline Co2FeSi electrodes. Appl. Phys. Express, 2015, 8(043003): 1-4.
25. Idzuchi H, Fukuma Y, Otani YC. Spin transport in non-magnetic nano-structures induced by non-local spin injection. Physica E, 2015, 68:239-263.
26. Viglin NA, Ustinov VV, Demokritov SO, Shorikov AO, Bebenin NG, Tsvelikhovskaya VM, Pavlov TN, Patrakov EI. Electric measurement and magnetic control of spin transport in InSb-based lateral spin devices. Phys. Rev. B, 2017, 96(235303):1-10.
27. Viglin NA, Ustinov VV, Tsvelikhovskaya VM, Pavlov TN. Electric Injection and Detection of Spin-Polarized Electrons in Lateral Spin Valves on Ferromagnetic Metal-Semiconductor InSb Heterojunctions. JETPLetters, 2015, 101(2):113-117.
28. Kim YJ. Electrical injection and detection of spin polarization in InSb/ferromagnet nanostructures. PhD Thesis, 2012, Blacksburg, Virginia.
29. Saha D, Holub M, Bhattacharya P, Liao YC. Epitaxially grown MnAs/GaAs lateral spin valves. Appl. Phys. Lett, 2006, 89(142504):1-3.
30. Wang Z, Pan D, Wang L, Wang T, Zhao B, Wu Y, Yang M, Xu X, Miao J, Zhao J, Jiang Y. Room temperature spin transport in InAs nanowire lateral spin valve. RSC Adv., 2016, 6(79):75736-75740.
31. Bruski P, Manzke Y, Farshchi R, Brandt O, Herfort J, Ramsteiner M. All-electrical spin injection and detection in the Co2FeSi/GaAs hybrid system in the local and non-local configuration. Appl Phys. Lett., 2013, 103(052406):1-5.
32. Last T, Wahle M, Hacia S, Fischer SF, Kunze U. Local Hall Effect and Ballistic Transport in Multi-terminal InAs-Based Lateral Spin-Valve Tunnelling Devices. J. Superconductivity: Incorporating Novel Magnetism, 2005, 18(3):385-389.
33. Lin CC, Penumatcha AV, Gao Y, Diep VQ, Appenzeller J, Chen Z. Spin Transfer Torque in a Graphene Lateral Spin Valve Assisted by an External Magnetic Field. Nanoletters, 2013, 13(11):5177-5181.
34. Tombros N, Jozsa C, Popinciuc M, Jonkman HT, van Wees BJ. Electronic spin transport and spin precession in single graphene layers at room temperature. Nature, 2007, 448:571-575.
35. Kawasugi Y, Ara M, Ushirokita H, Kamiya T, Tada H. Preparation of lateral spin-valve structure using doped conducting polymer poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate). Organic Electronics, 2013, 14:1869-1873.
36. Johnson M, Silsbee RH. Interfacial chargespin coupling: Injection and detection of spin
magnetization in metals. Phys. Rev. Lett, 1985, 55(17):1790-1793.
37. Coey JMD. Magnetism and magnetic materials. New York, Cambridge university press, 2010, 633 p.
38. Случинская ИА. Основы материаловедения и технологии полупроводников. М., Мир, 2002, 376 с.
39. Гуляев ЮВ, Веселов АА, Веселов АГ, Бурылин ЕИ, Джумалиев АС, Зюрюкин ЮА, Кирясова ОА, Рябушкин СЛ. Влияние поверхностного состава на плавление тонких пленок InSb. ЖТФ, 2004, 74(8):113-115.
40. Van der Pauw LJ. A method of measuring the resistivity and Hall coefficient on lamellae of arbitrary shape. Philips Tech. Rev, 1958, 20(8):220-224.
41. Кучис ЕВ. Гальваномагнитные эффекты и методы их исследования. М., Радио и связь, 1990, 264 с.
Никулин ^Эрий Васильевич
к.ф.-м.н.
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратовский филиал
38, ул. Зеленая, Саратов 410019, Россия [email protected]
INFLUENCE OF THE MAGNITUDE AND DIRECTION OF DC-INJECTION CURRENT ON SPIN ACCUMULATION AND THERMOEMF IN NiCo-InSb-NiCo LATERAL SPIN VALVE Yuriy V. Nikulin, Mikhail E. Seleznev, Alexander G. Veselov, Yuriy A. Filimonov
Kotelnikov Institute of Radioengineering and Electronics of RAS, Saratov Branch, http://www.cplire.ru/rus/sfire
39, Zelenaya str., Saratov 410019, Russian Federation
[email protected], [email protected], [email protected], [email protected]
Abstract. The influence of the direction and magnitude of the dc-injection current I (5^A-2 mA) on the spin accumulation U and the thermo electromotive force U in the NiCo-InSb-NiCo lateral
* s e
spin-valve structure based on textured n-InSb(111) film with thickness d ~ 500 nm and an electron mobility цИ ~ 2.1 m2/V-s were studied. For non-local injection and detection geometry at T ~ 300 K it was found that at injection current I less than critical Ic, the value of which is determined by the geometry of the structure, the detected voltage U = U + U increases linearly with I from
о./ * о ac s e J
units to a few hundred microvolts and differs in sign for direct and reverse directions of injection current (|I| < Ic is the region of spin accumulation, Uac ~ Us). At injection currents |I| > Ic, a sharp increase of the detected voltage to a few units or tens of millivolts is observed, and the sign of the detected voltage is positive for both directions of the injection current (at |I| > Ic dominates the thermoe-lectric effect, U ~ U, U << U).
ac e s e
Keywords: lateral spin valve, semiconductors indium-antimonide, ferromagnetic metals, spin transport PACS: 72.25.-b, 73.40.-c
Bibliography - 41 references Received 12 November 2018; accepted 10 December 2018 RENSIT, 2018, 10(3):373-380_DOI: 10.17725/rensit.2018.10.373
СПИНТРОНИКА
Селезнев Михаил Евгеньевич
инженер
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратовский филиал 38, ул. Зеленая, Саратов 410019, Россия [email protected]
Веселов Александр Георгиевич
к.ф.-м.н.
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратовский филиал 38, ул. Зеленая, Саратов 410019, Россия [email protected]
Филимонов ^Эрий Александрович
д.ф.-м.н, профессор
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, Саратовский филиал 38, ул. Зеленая, Саратов 410019, Россия [email protected].
