New horizon in tunnel magnetoresistance: Orbital symmetry effect and new quantum devices

• Project/Area Number: 22H04966
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Broad Section D
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: 三谷 誠司 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, センター長 (20250813)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 岡林 潤 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 准教授 (70361508) ; 柳原 英人 筑波大学, 数理物質系, 教授 (50302386) ; 三浦 良雄 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, NIMS招聘研究員 (10361198)
• Project Period (FY): 2022-04-27 – 2027-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2024)
• Budget Amount: ¥193,960,000 (Direct Cost: ¥149,200,000、Indirect Cost: ¥44,760,000); Fiscal Year 2024: ¥32,630,000 (Direct Cost: ¥25,100,000、Indirect Cost: ¥7,530,000); Fiscal Year 2023: ¥48,100,000 (Direct Cost: ¥37,000,000、Indirect Cost: ¥11,100,000); Fiscal Year 2022: ¥57,330,000 (Direct Cost: ¥44,100,000、Indirect Cost: ¥13,230,000)
• Keywords: トンネル磁気抵抗効果 / コヒーレントトンネル / 軌道対称性 / 界面軌道物理 / 量子デバイス

Outline of Research at the Start

トンネル磁気抵抗効果（TMR）はスピントロニクスと呼ばれる新規分野を代表する量子現象であり、磁気センサや不揮発磁気メモリにおいて実用化されていることから重要性が広く知られている。しかし、そのメカニズムは大枠が理解されているだけであって、未解決問題も多く残されている。
本研究では、TMRの学術理解を根底から見直す。軌道磁気分光手法の開拓、軌道磁性体薄膜の創製、軌道ホール効果の観測等を通じて界面軌道物理というTMRの根幹に関わる学術領域の創成を行い、これを基軸とすることでTMRの新展開を果たす。理論が予測する数千％のTMR比の実現や、コヒーレント性を利用した新規量子スピンデバイスの開発を狙う。