高効率スピン流-電流・熱流変換を実現する新規ホイスラー合金材料の研究
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21H01608
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 26010:Metallic material properties-related
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
桜庭 裕弥 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究センター, グループリーダー (10451618)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
林 将光 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70517854)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,510,000 (Direct Cost: ¥2,700,000、Indirect Cost: ¥810,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥9,750,000 (Direct Cost: ¥7,500,000、Indirect Cost: ¥2,250,000)
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| Keywords | ホイスラー合金 / スピン流 / スピン軌道トルク / スピンホール効果 / スピンネルンスト効果 / スピントロニクス / トポロジカル材料 / スピン流生成 / 熱電 |
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| Outline of Research at the Start |
「スピンホール効果」「スピンネルンスト効果」によって実現される電流-スピン流、熱流-スピン流の変換現象は、新規な応用への期待から大きな注目を集めている。本研究では、スピン流変換材料としては世界的にも開拓の進んでいない非磁性ホイスラー合金材料に注目する。組成変調した試料を作製することにより、原子規則性-電子構造(フェルミ準位)を緻密に制御し、その特異な電子構造に由来する高効率スピン流生成を実現することを最終的な目標とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
超高真空スパッタ装置により、大きな異常ホール効果を持つことで知られるCo2MnGaのエピタキシャル薄膜を作製した。MgO基板をフラッシングにて清浄化させた後、室温成膜し、その後、ポストアニールをを行った。 膜厚は10~30nmまで変化させた。膜厚の大きな試料ほど高いL21規則度が得られ、30nmの試料においては、バルク単結晶に匹敵する大きな異常ホール伝導率を示した。第二高調波によるスピン軌道トルクの評価を行った結果、従来報告を超える大きなスピン軌道トルク効率を観測した。
一方、大きなスピンホール効果を示しうる新規ホイスラー材料として、非磁性が最安定であるか、もしくは磁気転移温度の低く室温では非磁性である物質に注目し、重元素を含んだ新規なホイスラー合金の候補材料についてスピンホール伝導率の第一原理計算を進めた。その結果、いくつかの材料でPt等を超えるスピンホール伝導率を選られることがわかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
国際共同研究によりCo2MnGa薄膜の大きなスピンホール効果とスピン軌道トルク効果の観測に成功しており、概ね計画通りに推移している。パンデミックによる影響での研究遅れがあったが、計画修正によって研究は加速されつつある。
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| Strategy for Future Research Activity |
第一原理計算によって予測された新規材料の実験的な合成と評価に進んでいく。高いスピンホール効果が得られた場合、ARPESによる電子構造の観察などにも展開し、そのメカニズムについても探求していく。
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Report
(1 results)
Research Products
(1 results)
