二次元電子系におけるラシュバ型スピン軌道相互作用の制御とスピン輸送物性の研究

• Project/Area Number: 16J00485
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: Applied materials
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大島 諒 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Project Status: Declined (Fiscal Year 2018)
• Budget Amount: ¥3,400,000 (Direct Cost: ¥3,400,000); Fiscal Year 2018: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000); Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: スピントロニクス / 高周波測定 / 磁化ダイナミクス / 二次元電子系 / 酸化物ヘテロ接合 / シリコン

Outline of Annual Research Achievements

研究課題として酸化物ヘテロ接合界面(LaAlO3/SrTiO3, LAO/STO)に形成される二次元電子系における電子スピンの制御を目的としています。第1年度目においてLAO/STO界面におけるスピン輸送の実証、および実験的にスピン緩和長の見積りを達成し、その結果がNature Materials誌に掲載されました。本年度は得られた結果をもとに国内外へ向けて自身の成果を発表することに努めました。具体的には招待講演を含んだ講演を国内外で4件行いました。その結果、雑誌「固体物理」への寄稿、来年度開催予定の国際会議における招待講演の発表依頼、更に賞の受賞しました。
また、LAO/STO界面での輸送実験の対照実験として用いた、最大40 GHzの高周波を用いた強磁性共鳴測定について、この技術をシリコン(Si)へのスピン注入に応用する手法を研究し、その内容がApplied Physics Letters誌に掲載されるに至りました。従来Siへのスピン注入は数百ナノメートルレベルの微細加工技術や、電極・トンネル膜などの結晶成長技術、多段階プロセスといった複数の要素技術と時間を経てデバイス作製し、測定を行っています。我々の研究グループではSiスピンデバイスのMOSFET動作を世界に先駆けて成功しましたが、最適化を目指す上でデバイス作製課程の複雑さが課題となっていました。今回提案した手法ではSi上に強磁性薄膜を微細加工なく成膜するだけの簡単なデバイス構造で、容易にスピン注入効率を測定できる手法です。広帯域の高周波を用いることでスピン注入効率を測定できます。実際に基板のドーピング濃度を変化させたときパラメータが変化し、その変化がスピン注入による変化であることを(i)強磁性体薄膜の膜厚変化と(ii)スピン流が注入できないよう絶縁層を挟むことで効果が消失するといった対照実験を行うことで確認しました。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Walther-Meissner-Institute/Technical University of Munich/Nanosystems Initiative Munich(Germany)
• [Journal Article] LaAlO3/SrTiO3界面で誘起される2次元電子系を用いた室温スピン輸送 (2018)
  • Author(s): 大島諒、安藤裕一郎、白石誠司
  • Journal Title: 固体物理 Volume: 53 Pages: 71-81
• [Journal Article] Spin injection into silicon detected by broadband ferromagnetic resonance spectroscopy (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, S. Klingler, S. Dushenko, Y. Ando, M. Weiler, H. Huebl, T. Shinjo, S. Goennenwein and M. Shiraishi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 110 Issue: 18 Pages: 182402-1
  • DOI: 10.1063/1.4983012
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Strong evidence for d-electron spin transport at room temperature at a LaAlO3/SrTiO3 interface (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Huebl, E. Shikoh, T. Shinjo, S.T.B. Goennenwein and M. Shiraishi
  • Journal Title: Nature Materials Volume: 印刷中 Issue: 6 Pages: 609-614
  • DOI: 10.1038/nmat4857
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantitative investigation of the inverse Rashba-Edelstein effect in Bi/Ag and Ag/Bi on YIG (2017)
  • Author(s): M. Matsushima, Y. Ando, S. Dushenko, R. Ohshima, R. Kumamoto, T. Shinjo and M. Shiraishi
  • Journal Title: Applied Physics Leters Volume: 110 Issue: 7 Pages: 072404-072404
  • DOI: 10.1063/1.4976691
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Transport and spin conversion of multicarriers in semimetal bismuth (2016)
  • Author(s): Hiroyuki Emoto, Yuichiro Ando, Gaku Eguchi, Ryo Ohshima, Eiji Shikoh, Yuki Fuseya, Teruya Shinjo, and Masashi Shiraishi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 93 Issue: 17 Pages: 174428-174428
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.174428
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Significant reduction in spin pumping efficiency in a platinum/yttrium iron garnet bilayer at low temperature (2016)
  • Author(s): E. Shigematsu, Y. Ando, R. Ohshima, S. Dushenko, Y. Higuchi,T. Shinjo, H.J. von Bardeleben and M. Shiraishi
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 9 Issue: 5 Pages: 053002-053002
  • DOI: 10.7567/apex.9.053002
  • NAID: 210000137891
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Room temperature spin transport at LaAlO3/SrTiO3 interfaces (2018)
  • Author(s): R. Ohshima
  • Organizer: Spintronics Ⅺ of the SPIE Optics ans Photonics conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Spin transport via d-electrons at a LaAlO3/SrTiO3 interface (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Hubel, E. Shikoh, T. Shinjo, S.T.B. Goennenwein and M. Shiraishi
  • Organizer: The Spintronics and Core-to-Core Workshop 2017
  • Place of Presentation: 千里阪急ホテル
  • Year and Date: 2017-03-21
• [Presentation] Detection of the spin injection into silicon by broadband ferromagnetic resonance spectroscopy (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, M. Weiler, S. Klingler, H. Hubel, T. Shinjo, S.T.B. Goennenwein and M. Shiraishi
  • Organizer: American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: New Orleans
  • Year and Date: 2017-03-13
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Realization of d-electron spin transport at a LaAlO3/SrTiO3 interface (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Hubel, E. Shikoh, T. Shinjo, S.T.B. Goennenwein and M. Shiraishi
  • Organizer: Nano Spin Conversion Science Annual Report Meeting
  • Place of Presentation: 東京工業大学
  • Year and Date: 2017-03-02
• [Presentation] Observation of the spin transport at a LaAlO3/SrTiO3 interface at room temperature (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Huebl, E. Shikoh, T. Shinjo, S. T. B. Goennenwein, and M. Shiraishi
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 酸化物ヘテロ接合を用いたスピン輸送の観測 (2017)
  • Author(s): 大島諒、安藤裕一郎、松崎功佑、須崎友文、Mathias Weiler、Stefan Klingler、Hans Huebl、仕幸英治、新庄輝也、Sebastian T. B. Goennewein、白石誠司
  • Organizer: 応用物理学会関西支部平成29年度第2回講演会
• [Presentation] Observation of the spin transport in a d-electron two-dimensional electron gas at the oxide interface (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Huebl, E. Shikoh, T. Shinjo, S. T. B. Goennenwein, and M. Shiraishi
  • Organizer: TOP-SPIN3: Spin and Topological Phenomena in Nanostructures Towards Topological Materials Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Realization of d-electron spin transport in oxide-based two-dimensional electron gas at room temperature (2017)
  • Author(s): R. Ohshima
  • Organizer: 62th Annual Magnetism & Magnetic Materials Conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Investigation of spin to charge conversion at Bi/Ag interface on yttrium iron garnet (2016)
  • Author(s): M. Matsushima, S. Dushenko, R. Ohshima, Y. Ando, T. Shinjo and M. Shiraishi
  • Organizer: 61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • Place of Presentation: New Orleans
  • Year and Date: 2016-10-31
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 広帯域を用いた強磁性共鳴によるSiへのスピン注入の観測 (2016)
  • Author(s): 大島諒、安藤裕一郎、Mathias Weiler、Stefan Klingler、Hans Hubel、新庄輝也、Sebastian T.B. Goennenwein、白石誠司
  • Organizer: 日本物理学会2016年秋季大会
  • Place of Presentation: 金沢大学
  • Year and Date: 2016-09-13
• [Presentation] Investigation of the inverse Rashba-Edelstein effect in Bi/Ag/YIG and Ag/Bi/YIG (2016)
  • Author(s): M. Matsushima, S. Dushenko, R. Ohshima, Y. Ando, T. Shinjo and M. Shiraishi
  • Organizer: 9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
  • Place of Presentation: 神戸
  • Year and Date: 2016-08-08
  • Int'l Joint Research
• [Remarks] 酸化物絶縁体の界面で室温スピン輸送を達成 －シリコンを凌駕する半導体素材の発掘が進展－
  • URL: http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/170214_2.html
• [Remarks] コンピューター省エネ期待、電子のスピン制御 京大で開発
  • URL: http://www.kyoto-np.co.jp/environment/article/20170214000017
• [Remarks] A new spin on electronics
  • URL: https://www.ph.tum.de/latest/news/spintronics/?tag=TUPHDEP