| Project/Area Number |
22K18965
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Review Section |
Medium-sized Section 29:Applied condensed matter physics and related fields
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
Kanazawa Naoya 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10734593)
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| Project Period (FY) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥6,500,000 (Direct Cost: ¥5,000,000、Indirect Cost: ¥1,500,000)
Fiscal Year 2023: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
Fiscal Year 2022: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
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| Keywords | キラリティ / トポロジー / スピントロニクス / スピン軌道相互作用 / スキルミオン / スピン軌道トルク / キラル結晶薄膜 / FeSi / リザバーコンピューティング / 非線形ホール効果 / 反対称的スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Research at the Start |
導線を巻き付けたコイルは19世紀の最大の発明の1つとも言える。コイルの誕生によって、電磁誘導による発電、インダクタ、非接触充電や長距離通信といった様々な機能に繋がり、抵抗素子やキャパシタ素子と共に現在のエレクトロニクスを支える基盤素子を成している。コイルの電磁機能はらせん構造のキラルな対称性に由来している。抵抗やキャパシタは構成する物質中の量子状態を設計することで現代的な新しい機能が発明されているが、コイルはまだ古典的な構造のままである。本研究はミクロなコイルであるキラルな結晶構造に注目することで、コイル機能に量子物理の概念を導入し、新スピン機能物性「キラルスピントロニクス」を創出する。
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| Outline of Final Research Achievements |
We have focused on the synthesis of chiral material thin films and the development of their spintronics functionalities. In particular, we successfully synthesized epitaxial thin films of FeSi with a cubic chiral crystal structure, discovering new properties and functionalities such as the manifestation of room temperature ferromagnetism on the surface, current-induced magnetization switching at room temperature without an external magnetic field, skyrmion formation, and higher-order nonlinear Hall effects applicable to reservoir computing. In addition, we observed the emergent inductance effect in helimagnetic materials. We also scrutinized the stability of skyrmions with impurity doping. Based on these results, we could demonstrate the significant potential of chiral materials in spintronics applications.
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| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
キラル結晶やらせん磁性を利用して、概要に示したような様々なスピントロニクス機能を開拓することができた。一連の成果は6件の論文として出版し、さらに1件の日本語解説記事を執筆することができた。中でも、地球上にありふれた元素である鉄とシリコンの化合物であるFeSi薄膜において発見した電流誘起磁化スイッチング現象や高次非線形ホール効果は、MRAMやリザバーコンピューティングなどへの持続可能な応用可能性を示した顕著な例となっている。今後も本研究で得られた知見を発展させることによって、基礎学理の構築やさらなる応用への発展研究が期待できる。
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