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スピン軌道相互作用の強い酸化物と強磁性体の界面におけるスキルミオンの創成と制御

Research Project

Project/Area Number 16J06170
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Thin film/Surface and interfacial physical properties
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

大内 祐貴  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC2)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2018-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2017)
Budget Amount *help
¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000)
Fiscal Year 2017: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000)
Fiscal Year 2016: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
Keywords薄膜 / ヘテロ構造 / イリジウム酸化物 / 磁気輸送特性 / 近接磁化 / 電荷移動 / スピン軌道相互作用 / 磁気スキルミオン / 薄膜・ヘテロ構造 / 電界効果 / 薄膜作製 / 強磁性体
Outline of Annual Research Achievements

前年度は、酸化物ヘテロ構造において電場制御と検出を行い、スピン軌道相互作用の大きな非磁性体SrIrO3と強磁性金属SrRuO3からなる構造で、大きな電場制御を見出した。しかし、微視的機構の詳細は完全に理解されていない。本年度は、本ヘテロ構造の材料選択における特徴を明らかにするため、まず近接効果を調べた。次に強磁性体を変更したヘテロ構造について調べた。
SrRuO3とSrIrO3からなる超格子を作製し、SPring8 BL39XUにおいてIrの価数、磁気的性質を調べた。界面で電荷移動がほぼなく、IrにSrRuO3と逆向きに小さな磁気モーメントが誘起されることが分かった。この磁気モーメントはIr酸化物に特有な大きい軌道磁気モーメントの寄与を有しており、強いスピン軌道相互作用の影響を受けていることを明らかにした。これは、これまで研究されてきた金属材料における実験とは異なる傾向であり、物質系をまたいだヘテロ構造における磁気特性の理解に新たな視点をもたらしうる。
電場制御の起源として界面の電位勾配に加え、SrIrO3層のフェルミ準位変化が考えられる。後者の場合、より電荷移動の大きな組合せを設計すれば、大きな界面由来の相互作用が期待できる。そのような組合せとして強磁性体にCo酸化物(La0.5Sr0.5CoO3)を選択し、磁気輸送特性を測定しが、トポロジカルホール効果は検出されず、SrRuO3-SrIrO3の場合よりも界面の効果が小さいことを見出した。放射光実験を行い、本ヘテロ界面では大きな電荷移動が起きていることを実験的にも確認した。スピン構造制御には電荷移動よりも、界面の電位勾配が重要であり、スピン構造形成にはIrの価数も重要である可能性を明らかにした。
大きな電荷移動が期待される強磁性体としてSrCoO3も検討し、興味深い磁気輸送特性が得られたが、ヘテロ構造評価には至らなかった。

Research Progress Status

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

29年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2018 2017 2016

All Journal Article (1 results) (of which Peer Reviewed: 1 results,  Open Access: 1 results) Presentation (9 results) (of which Int'l Joint Research: 3 results)

  • [Journal Article] Electric-field control of anomalous and topological Hall effects in oxide bilayer thin films2018

    • Author(s)
      Y. Ohuchi, J. Matsuno, N. Ogawa, Y. Kozuka, M. Uchida, Y. Tokura, and M. Kawasaki
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 9 Issue: 1 Pages: 213-213

    • DOI

      10.1038/s41467-017-02629-3

    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Anomalous Hall effect in perovskite cobalt oxide thin films2018

    • Author(s)
      Y. Ohuchi, J. Matsuno, Y. Kozuka, M. Uchida, and M. Kawasaki
    • Organizer
      APS Spring Meeting
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強磁性Co酸化物薄膜における磁気輸送特性と電荷移動効果2018

    • Author(s)
      大内祐貴,松野丈夫, 小塚裕介, 打田正輝, 川﨑雅司
    • Organizer
      2018年第9回低温センター研究交流会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] SrRuO3/SrIrO3ヘテロ接合によるスキルミオン形成と電界効果2017

    • Author(s)
      大内祐貴、松野丈夫、小川直毅、小塚裕介、打田正輝、十倉好紀、川﨑雅司
    • Organizer
      東京大学第8回低温センター研究交流会
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2017-02-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric field control of anomalous and topological Hall effects in metallic bilayer thin films2017

    • Author(s)
      Y. Ohuchi, J. Matsuno, N. Ogawa, Y. Kozuka, M. Uchida, Y. Tokura, and M. Kawasaki
    • Organizer
      CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
    • Place of Presentation
      東京大学(東京都文京区)
    • Year and Date
      2017-01-18
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SrCoO3薄膜における異常ホール効果2017

    • Author(s)
      大内祐貴,松野丈夫, 小塚裕介, 打田正輝, 川﨑雅司
    • Organizer
      2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of antiparallel Ru-Ir spins in SrRuO3-SrIrO3 heterointerface2017

    • Author(s)
      大内祐貴、松野丈夫、鈴木基寛、是常隆、有田亮太郎、小塚裕介、打田正輝、有馬孝尚、十倉好紀、川﨑雅司
    • Organizer
      2017年 第78回応用物理学会秋季学術講演会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 酸化物エピタキシャル界面における磁気近接効果2017

    • Author(s)
      松野丈夫、大内祐貴、鈴木基寛、是常隆、有田亮太郎、小塚裕介、打田正輝、有馬孝尚、十倉好紀、川﨑雅司
    • Organizer
      2017年 日本物理学会秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Electric Field Control of Anomalous and Topological Hall Effects in SrIrO3/SrRuO3 Heterostructures2016

    • Author(s)
      Y. Ohuchi, J. Matsuno, Y. Kozuka, M. Uchida, Y. Tokura, and M. Kawasaki
    • Organizer
      23st International Workshop on Oxide Electronics
    • Place of Presentation
      Nanjing, China
    • Year and Date
      2016-10-12
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] SrIrO3/SrRuO3ヘテロ構造における異常ホール効果・トポロジカルホール効果の電場変調2016

    • Author(s)
      大内祐貴, 松野丈夫, 小川直毅, 小塚裕介, 打田正輝, 十倉好紀, 川﨑雅司
    • Organizer
      第77回応用物理学会秋季学術講演会
    • Place of Presentation
      朱鷺メッセ(新潟県新潟市)
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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