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Novel colossal interface response induced by super orbital splitting

Administrative Group

Project AreaNovel colossal interface response induced by super orbital splitting
Project/Area Number 23H03801
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大矢 忍  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 教授 (20401143)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 永沼 博  名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 特任准教授 (60434023)
佐藤 幸生  熊本大学, 半導体・デジタル研究教育機構, 教授 (80581991)
福島 鉄也  国立研究開発法人産業技術総合研究所, 材料・化学領域, 研究チーム長 (00506892)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Keywords超軌道分裂 / 酸化物ヘテロ界面 / マルチフェロイクス / 電子顕微鏡 / 多階層連結シミュレーション
Outline of Research at the Start

近年、酸化物ヘテロ界面において、理論的には予測されてこなかった電場による様々な巨大磁化応答現象が観測されている。これらは、既存の学問では十分には理解されてこなかった界面での特異的な軌道分裂「超軌道分裂」に起因していると考えられる。本領域研究では、様々な界面を用いて、外場による物性応答を詳細に調べることにより、高効率デバイスの実現に結びつく新たな機能性を生み出す界面学理の構築を目指す。本現象を原子スケールで観測し、理論的に理解し、その結果を実験にフィードバックする循環型研究体制により、新たな現象や材料系を開拓していく。外場による巨大応答を得る上で基礎となる新規の学問分野の創成を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

本領域研究は、様々な異種材料界面を用いて、微小外場による新奇の巨大応答を実現することを目的としている。また、その目的における基礎概念となることが期待される「超軌道分裂科学」に基づく固体界面物理分野の創成を目的としている。研究班は、A01新機能創出班、A02微細構造計測班、A03機能設計理論班から成り立っている。X00総括班は、班間の共同研究を促進し、研究会等の開催、研究成果の外部発信などを行う。領域メンバーにより従来から続いている年2回の研究会に加え年2回の領域会議を行う。各班の連携具合を常時把握し共同研究がスムーズに行われていることを常時確認する。班間や国内外研究グループとの有機的な結びつきを強固なものとし、最終目標の達成を目指す。
2023度は、領域の立ち上げ、領域アドバイザーの選定、メーリングリストの整備、ウェブサイトの作成、ニュースレターの作成、キックオフシンポジウム(2023年9月)、公開成果報告会(2024年1月)、2回の領域会議(2023年6月、2024年3月)の開催を計画していた。すべて予定通りに実施することができた。キックオフシンポジウムと公開成果報告会では、本領域内にとどまらず様々な分野の研究者にもご参加頂けるように努め、分野の輪を広げる取り組みを進めた。実際に、キックオフシンポジウムおよび公開成果報告会は、応用物理学会「強的秩序とその操作に関わる研究会」と共催で開催した。キックオフシンポジウムには、学術変革領域研究Bに同時に採択された「細胞から環境水へと繋ぐスケール横断分析:マイクロ流体デバイスで挑む物質動態の調査」領域の一部メンバーにもご参加頂き、講演を行って頂いた。領域アドバイザーの先生方にもご出席頂いた。他の2回の領域会議では、領域研究メンバーのみで一歩踏み込んだ議論を行い、それぞれの研究をより深化させ、共同研究を促進することを目指した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

計画通りに順調に領域会議、公開キックオフシンポジウム、成果報告会を開催することができた。領域アドバイザーの先生方にもご出席頂き、アドバイスを頂く時間を設け、領域運営に反映させる体制を構築することができた。総括班の働き掛けによる共同研究も順調に進んでおり、A01班大矢グループとA02班佐藤グループおよびA03班福島グループ、またA01班永沼グループとA02班佐藤グループおよびA03班福島グループの共同研究が着実に進んでおり、領域会議で共同研究内容に関する議論が進んでいる。2024年度にこれらの共同研究よる成果が得られると期待される。予想外の成果も次々と生まれている。A01班では、酸化物の超高品質界面を用いた高効率スピン注入と過去最高値である140%ものスピンバルブ比をもつスピントランジスタを実現することに成功し、Adv.Mater.誌に掲載するとともにプレスリリースを行った。A01班とA03班の共同研究により、L10-FePd規則合金エピタキシャル/グラフェン界面に埋もれた新しい構造・物性を表面敏感な高輝度軟X線を用いることにより明らかにすることに成功した。また、A01班とA03班が共同で、過去30年間謎であった強磁性半導体の抵抗率の温度依存性の特異な振る舞いを、第一原理計算を利用して解明することに成功し、APL Materials誌に論文が出版され、プレスリリースを行った。さらに、A01班とA03班が共同で、Fe/MgO電極を有するGeナノチャネルデバイスにおいて、25000%にもおよぶ大きな磁場で制御可能な抵抗スイッチ効果を実現することに成功し、第一原理計算を用いて理論モデルを構築した。本成果はAdv. Mater.に掲載され、プレスリリースを行った。受賞も多く、特にA02班の佐藤幸生教授がRichard M. Fulrath Awardを受賞している。

Strategy for Future Research Activity

引き続き、X00総括班は、班間の共同研究を促進し、研究会等の開催、研究成果の外部発信などを行う。各班の連携具合を常時把握し共同研究がスムーズに行われていることを常時確認する。班間や国内外研究グループとの有機的な結びつきを強固なものとし、最終目標の達成を目指す。2024年度も、2回の領域会議(2024年6月、2025年3月)と、拡大領域会議(9月)、成果報告会(1月)の年4回の研究会(領域会議)を開催する予定である。拡大領域会議および成果報告会は公開としており、応用物理学会「強的秩序とその操作に関わる研究会」との共催で開催する予定である。多くの参加者と交流する中で、研究を加速させていくことを目指す。領域アドバイザーの先生方にもご参加頂く予定である。一方、領域会議は領域内で行い、一歩踏み込んだ議論を行うことにより、それぞれの研究をより深化させ、領域内の共同研究を促進していく。
現在進行中のA01班大矢グループとA02班佐藤グループおよびA03班福島グループの共同研究、またA01班永沼グループとA02班佐藤グループおよびA03班福島グループの共同研究を引き続き進めていく。また、領域の新たな方向性の開拓に向けて、異分野の研究者との交流も進めていきたい。そのために、公開領域会議と成果報告会に様々な研究者を招聘して、講演して頂くことで交流を深め、新しい学術研究を開拓できればと考えている。

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (64 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 5 results) Presentation (51 results) (of which Int'l Joint Research: 20 results,  Invited: 28 results) Book (2 results) Remarks (1 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Reduced dead layers and magnetic anisotropy change in La2/3Sr1/3MnO3 membranes released from an SrTiO3 substrate2024

    • Author(s)
      Arai Takuma、Kaneta-Takada Shingo、Anh Le Duc、Kobayashi Masaki、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi、Tanaka Masaaki、Ohya Shinobu
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 124 Issue: 6 Pages: 1-6

    • DOI

      10.1063/5.0180288

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    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: - Issue: 23 Pages: 2307389-2307389

    • DOI

      10.1002/adma.202307389

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    • Journal Title

      Journal of Materials Chemistry A

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 451-451

    • DOI

      10.1039/d3ta06259g

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    • Journal Title

      MATERIALS TRANSACTIONS

      Volume: 64 Issue: 9 Pages: 2174-2178

    • DOI

      10.2320/matertrans.MT-MG2022012

    • ISSN
      1345-9678, 1347-5320
    • Year and Date
      2023-09-01
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      Endo Tatsuro、Tsuruoka Shun、Tadano Yuriko、Kaneta‐Takada Shingo、Seki Yuichi、Kobayashi Masaki、Anh Le Duc、Seki Munetoshi、Tabata Hitoshi、Tanaka Masaaki、Ohya Shinobu
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 未定 (Accepted) Issue: 28 Pages: 2300110-2300110

    • DOI

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      Volume: 15 Issue: 37 Pages: 43871-43871

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  • [Presentation] 大規模計算とデータ駆動手法による高性能永久磁石の開発”2023

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      福島鉄也
    • Organizer
      サイエンティフィック・システム研究会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] Giant spin-charge conversion using two-dimensional electrons gas systems of single-crystalline oxide Rashba heterostructures2023

    • Author(s)
      Shinobu Ohya
    • Organizer
      The 25th International Conference on the Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-25) and 21st International Conference on Modulated Semiconductor Structures (MSS-21)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Developments of novel spintronics functionalities using oxide heterostructures2023

    • Author(s)
      Shinobu Ohya
    • Organizer
      EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] First-principels Calculations of Temperature-dependent Electrical Transport Properties2023

    • Author(s)
      Hikari Shinya, Tetsuya Fukushima, Akira Masago, Kazunori Sato, Shinobu Ohya, Hiroshi Katayama-Yoshida, and Hisazumi Akai
    • Organizer
      24th Asian Workshop on First-Principles Electronic Structure Calculations
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Creation of novel spintronics functionalities using oxide heterostructures2023

    • Author(s)
      Shinobu Ohya
    • Organizer
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Enhancement of spin-to-charge conversion in SrRu1-xO3 films by Ru stoichiometry control2023

    • Author(s)
      Shingo Kaneta-Takada, Yuki K. Wakabayashi, Hikari Shinya, Yoshitaka Taniyasu, Hideki Yamamoto, Yoshiharu Krockenberger, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
    • Organizer
      29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE-29)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Giant spin-valve effect and FET operation in nano-channel oxide devices made using metal-insulator transition2023

    • Author(s)
      Tatsuro Endo, Shun Tsuruoka, Yuriko Tadano, Shingo Kaneta-Takada, Yuichi Seki, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
    • Organizer
      29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE-29)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Enhancement in Magnetization and Perpendicular Magnetic Anisotropy in a La2/3Sr1/3MnO3 Thin Film Released from a SrTiO3 Substrate2023

    • Author(s)
      Takuma Arai, Shingo Kaneta-Takada, Le Duc Anh, Masaki Kobayashi, Momoko Onodera, Kei Kinoshita, Rai Moriya, Machida Tomoki, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
    • Organizer
      29th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE-29)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Significant Reduction of Dead Layers and Magnetic Anisotropy Change in a Strain-Free Transferred La2/3Sr1/3MnO3 Thin Film on a Si Substrate2023

    • Author(s)
      T. Arai, S. Kaneta-Takada, L. D. Anh, M. Kobayashi, R. Moriya, T. Machida, M. Tanaka, and S. Ohya
    • Organizer
      2023 Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Scattering-Dependent Transport of SrRuO 3 Films: From Weyl Fermion Transport to Hump-Like Hall Effect Anomaly2023

    • Author(s)
      Shingo Kaneta-Takada, Yuki K. Wakabayashi, Yoshiharu Krockenberger, Hiroshi Irie, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Yoshitaka Taniyasu, and Hideki Yamamoto
    • Organizer
      2023 Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Giant spin-valve-like behavior induced by magnetic-field-controlled resistive switching in an Fe/MgO/Ge-based two-terminal device2023

    • Author(s)
      Masaya Kaneda, Shun Tsuruoka, Tatsuro Endo, Takahito Takeda, Yuriko Tadano, Tetsuya Fukushima, Hikari Shinya, Akira Masago, Masaaki Tanaka, Hiroshi Katayama-Yoshida, and Shinobu Ohya
    • Organizer
      2023 Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Understanding of ferroelectric nanostructure and its response using electron microscopy2023

    • Author(s)
      Yukio Sato
    • Organizer
      International Symposium on the Frontiers of Functional Inorganic Materials Research
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Atomic-scale electron microscopy analysis of composition-modulated PZT superlattice2023

    • Author(s)
      Yukio Sato, Goki Kimura, Sang-Hyo Kweon, Goon Tan, Isaku Kanno
    • Organizer
      The 7th Japan-Slovenia workshop
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Electrical property and grain-boundary structure in zinc oxide bicrystals2023

    • Author(s)
      Yukio Sato
    • Organizer
      Thermec ‘2023 - International Conference on Processing & Manufacturing of advanced Materials
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Observation of polar nanostructure in composition modulated Pb(Zr,Ti)O3 superlattice2023

    • Author(s)
      Yukio Sato, Goki Kimura, Sang-Hyo Kweon, Goon Tan, Isaku Kanno
    • Organizer
      The 20th International Microscopy Congress
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Polar Nanostructure in Composition Modulated Pb(Zr,Ti)O3 Superlattice2023

    • Author(s)
      Yukio Sato, Goki Kimura, Sang-Hyo Kweon, Goon Tan, Isaku Kanno
    • Organizer
      The Materials Science & Technology (MS&T) 23
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Understanding Microscopic Origin of Physical Properties in Functional Ceramics2023

    • Author(s)
      Yukio Sato
    • Organizer
      The Materials Science & Technology (MS&T) 23
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Design of Magnetic Materials2023

    • Author(s)
      Tetsuya Fukushima
    • Organizer
      EU-Japan Workshop on Spintronics and Quantum Transformation (Spin-QX 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Book] セラミックス2023年5月号(P343 非鉛圧電セラミックスの新規特性発現メカニズムを提唱)2023

    • Author(s)
      佐藤幸生、キムサンウク
    • Total Pages
      69
    • Publisher
      日本セラミックス協会
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      2023 Annual Research Report
  • [Book] まてりあ 2023年12月号(P781-788 リラクサー型強誘電体における極性ナノ構造)2023

    • Author(s)
      佐藤幸生
    • Total Pages
      44
    • Publisher
      日本金属学会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Remarks] 超軌道分裂による新奇巨大界面応答

    • URL

      https://www.cir-research.jp/

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      2023 Annual Research Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] Sm-Fe-N系磁性材料及びその製造方法2023

    • Inventor(s)
      庄司哲也、福島鉄也他
    • Industrial Property Rights Holder
      庄司哲也、福島鉄也他
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
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      2023 Annual Research Report

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Published: 2023-04-13   Modified: 2025-04-17  

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