Investigation of underlying physics and applications of chiral-induced spin selectivity phenomena

Research Project

Project/Area Number	22KF0220
Project/Area Number (Other)	22F22363 (2022)
Research Category	Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Allocation Type	Multi-year Fund (2023) Single-year Grants (2022)
Section	外国
Review Section	Basic Section 29010:Applied physical properties-related
Research Institution	Kyoto University
Principal Investigator	白石誠司京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	CALAVALLE FRANCESCO 京都大学, 工学研究科, 外国人特別研究員
Project Period (FY)	2023-03-08 – 2025-03-31
Project Status	Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help	¥2,300,000 (Direct Cost: ¥2,300,000) Fiscal Year 2024: ¥300,000 (Direct Cost: ¥300,000) Fiscal Year 2023: ¥1,100,000 (Direct Cost: ¥1,100,000) Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
Keywords	カイラリティ / 高分子 / CISS効果 / 円偏光
Outline of Research at the Start	物質の持つカイラリティが誘起する電子スピン偏極現象を広範な物質群を対象に精査し、その発現機構を理解するとともに高効率スピン偏極生成及びそれを活かした新奇スピン素子の創出を目指す。対象材料としてはカイラル高分子ポリマーをまずは中心に据え、電気伝導性とカイラリティが両立できるこの系でのいわゆるCISS効果の観測とその背景学理の理解を目指す。
Outline of Annual Research Achievements	研究開始初年度である2022年度は、まず構造的カイラル性を持つカイラルPEDOT高分子を対象材料として設定し、共同研究先から右手・左手、各掌性をもつ高分子を用いて、円偏光照射誘起光ガルバニック効果(CPGE)の測定から研究を開始した。CPGEについては、既に我々の研究室でSrTiO3表面で誘起される2次元電子ガス系を対象に、その表面Rashba場を起源とするスピン構造の計測を成功裏に遂行した実績があり、円偏光照射によって、光の進行面に平行なスピンを対象材料に誘起することで、特に対象材料がスピン輸送方向に構造的・幾何学的な選択性を持つ場合に、その選択性に合致した条件のもとで起電力が観測できることがわかっている。本研究では、カイラルPEDOTに対して円偏光照射を行ったところ、PEDOT分子の伸びている方向に偏極したスピンを円偏光照射によって誘起した場合に特徴的な起電力を観測することができ、またその掌性を反転させると起電力の極性もまた反転することを見出した。一方、高分子の配向性が高くないこともあるのか、起電力が発生してはいけない実験geometry下でも起電力が計測されるなど、その結果の統一的解釈には、まだ対照実験を積み重ねる必要があることもわかった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 対象物質は順調に入手し、工学測定系も順調に立ち上がった。また初期的な測定結果も順調に得られている状態にある。
Strategy for Future Research Activity	今年度は引き続きカイラルPEDOT分子におけるCPGE効果を、更に測定系をブラッシュアップすることで精度高く測定していくことを目指すとともに、別のより好適な材料系の開拓を共同研究者とも議論しながら進めていく。