Demonstration of spintronic terahertz emission from Rashba- and exchange-split graphene and elucidation of its mechanism
| Project/Area Number |
22K04924
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
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| Research Institution | University of Fukui |
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Principal Investigator |
エスカニョ MC 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 准教授 (80714005)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
QuangT Nguyen 信州大学, 先鋭領域融合研究群先鋭材料研究所, 特任助教 (80722181)
谷 正彦 福井大学, 遠赤外領域開発研究センター, 教授 (00346181)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
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| Keywords | グラフェン / 逆ラシュバ・エーデルシュタイン効果 / 強磁性金属 / 第一原理計算 / THz-TDS / スピントロニクス / テラヘルツ / ラシュバ効果 / G/Ni / 電子ビーム蒸着 / 第一原理計算法 / spintronics / terahertz / graphene/Ni / first-principles methods |
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| Outline of Research at the Start |
電磁スペクトルのマイクロ波領域と赤外線領域の間にあるテラヘルツ（THz）放射は、多くの体系の励起と一致するため、低エネルギー分光法、生物医学イメージング、セキュリティなどに適している。ただし、高効率的なTHz波発生源がないため、一般的なTHzギャップ（約0.1-10THz）がある。近年、ナノメートルの厚さが持つ強磁性/非磁性ヘテロ構造（FM / NM）からTHz波発生が観察されているが、NMが貴金属である。本研究は、貴金属がないグラフェンとNi（G / Ni）の構造から、THz放射を検証したG/Niの逆ラシュバアイデルスタインという効果（IREE）により理論的と実験的方法で実証することを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、逆ラシュバ・エーデルシュタイン効果(IREE)による貴金属を用いないスヒントロニクステラヘルツエミッターを開発することを目的としている。2023年度は、強磁性金属のNi上のグラフェン(G/Ni)のスヒン輸送を理論的手法によって調へ、実験的にはG/Niの試料の試作目指した。第一原理計算法を用いて、従来のAg/Bi系などよりも高いラシュハ係数とスヒンー電荷変換係数のG/Niの構造が得られた。また、G/Niの構造製作に必要なグラフェン膜の試作と評価を行った。
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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
研究成果の概要で述へたように、2023 年度の研究目標は、理論的方法による G/Ni のスヒン輸送 (特にスヒン-電荷変換メカニスム、従来の貴金属系より優れた構造)の研究であり、第一原理計算法を用いて従来のAg/Bi系などよりも高いラシュハ係数とスヒンー電荷変換係数を持つG/Niの構造についての見通しが得られた。また、実験的にはG/Niの構造製作に必要なグラフェン膜の試作と評価を行うことができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
2024年度はこれまでに計算されたスヒン輸送を用いて、遠方界近似でスヒン流の時間依存性によるTHz波放射(電界の振幅)を理論手法によって求める。また、理論研究で特定されたG/Ni構造を試作し、THz時間領域分光法(THz-TDS)によりTHz波放射の評価を行う。
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Report
(2 results)
Research Products
(38 results)
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[Journal Article] Improvement in the Detection Efficiency of Terahertz (THz) Time-domain Spectroscopy (TDS) by applying an Alternating Magnetic Field Bias in Spintronic Emitter.2023
Author(s)
Hideaki Kitahara, Katsuyuki Ishii, Miezel Talara, Takashi Furuya, Mary Clare Escano, Masahiko Tani, Dmitry Bulgarevich, Dongfeng He, Makoto Watanabe.
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Journal Title
IEEE “2023 48th International Conference on Infrared, Millimeter, and Terahertz Waves (IRMMW-THz)”
Volume: なし
Pages: 1-1
DOI
Related Report
Int'l Joint Research
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[Journal Article] Optimization of terahertz emission from spintronic Fe/Pt hetero-structures,2023
Author(s)
Masahiko Tani, Miezel Talara, Dmitry Bulgarevich, Valynn K. Mag-usara, Mary Clare Escano, Hideaki Kitahara, Takashi Furuya, Makoto Nakajima, Makoto Watanabe, Garik Torosyan, and Rene Beigang.
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Journal Title
Proc. SPIE PC12683 Terahertz Emitters, Receivers, and Applications XIV
Volume: なし
Pages: 20-20
DOI
Related Report
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[Journal Article] Optimum excitation wavelength and photon energy threshold for spintronic terahertz emission from Fe/Pt bilayer2022
Author(s)
Mag-usara Valynn Katrine, Escano Mary Clare, Petoukhoff Christopher E., Torosyan Garik, Scheuer Laura, Madeo Julien, Afalla Jessica, Talara Miezel L., Muldera Joselito E., Kitahara Hideaki, Bacon David R., Nakajima Makoto, Dani Keshav, Papaioannou Evangelos Th., Beigang Rene, Tani Masahiko
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Journal Title
iScience
Volume: 25
Issue: 7
Pages: 104615-104615
DOI
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Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Direct probing and identification of the origin of two-step photon absorption in low-temperature GaAs by first-principles spin-orbit calculations and STM/STS measurements.2022
Author(s)
Mary Clare Escano, Maria Herminia Balgos, Tien Quang Nguyen, Elizabeth Ann Prieto, Elmer Estacio, Arnel Salvador, Armando Somintac, Rafael Jaculbia, Norihiko Hayazawa, Yousoo Kim, Masahiko Tani
Organizer
The 22nd International Vacuum Congress (IVC-22)
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