| Project/Area Number |
22KJ2714
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| Project/Area Number (Other) |
22J21317 (2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
曽家 希美 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | スピントロニクス / スピンホール効果 / ペロブスカイト型酸化物 / 二次元電子ガス / 軌道流 / 軌道トルク |
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| Outline of Research at the Start |
本研究は、軌道流と強磁性体磁化との相互作用により発現する軌道トルクの系統的測定により、軌道流の基礎的物性解明を目指すものである。
固体中の角運動量の流れとして、スピン流と軌道流がある。スピン流に関する知見がスピントルクによる磁化制御原理を確立しスピントロニクスの発展をもたらした一方、軌道流はその基礎的物性の殆どが現時点で未解明である。本研究では、ヘテロ界面における電流誘起軌道トルクを観測し、界面電子構造や強磁性体物性と共に体系化することで、軌道流及び軌道トルク生成のメカニズムに迫る。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究において軌道トルクの検出には強磁性体を用いる。そのため、軌道トルクの正確な評価には強磁性体中のスピン流生成に起因する自己誘起トルクの定量・分離が必須である。そこで本年度は、強磁性体中のスピン流生成について調べた。
強磁性体中では磁化による交換場が存在するため、spin dephasing機構によって磁化と直交するスピン偏極成分は消失する。したがって従来、強磁性体中のスピン流のスピン偏極方向は磁化と平行であると考えられていた。しかし近年になり、強磁性体中の内因性スピンホール効果により発生したスピン流については、磁化と直交するスピン偏極成分も存在できることが理論的に示唆された。そこで本研究では、強磁性体のスピンホール効果の磁化角度依存性を実験的に検証した。測定の結果、強磁性体中のスピンホール効果により生成したスピン流についてはspin dephasingの影響を受けず、磁化と直交するスピン偏極成分も存在できることを見出した。さらに、生成スピン流のスピン偏極と強磁性体磁化との相対角を系統的に変化させた測定により、強磁性体中のスピン流生成効率は相対角に依らず一定であることを明らかにした(Soya, et al., Physical Review Letters 131, 076702 (2023)に発表)。
軌道トルクの検出に関わる強磁性体スピン軌道物性を明らかにした本成果は、軌道流物性の解明に貢献するものである。
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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
本研究において、強磁性体中のスピン流生成に起因する自己誘起トルクと軌道トルクとの分離は喫緊の課題であった。今年度の研究により得られた強磁性体中のスピン流生成に関する成果は、自己誘起トルクに関して重要な情報を与えるものであり、軌道トルクの正確な定量に貢献する。
現在までの研究により、酸化物中間層(昨年度)と強磁性体(今年度)のスピン軌道物性を明らかにした。これらの成果により、強磁性体/酸化物中間層/SrTiO3デバイスにおける軌道流・軌道トルク観測のための準備を整えることができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で用いる強磁性体/酸化物/SrTiO3デバイスにおいては、SrTiO3基板に流れる電流のエルステッド磁場によるトルクを無視できない可能性があるため、その寄与を明らかにした上で軌道トルク測定に臨む。軌道トルク測定においては、ゲート電圧の印加により酸化物/SrTiO3界面の二次元電子ガスのフェルミエネルギーを系統的に制御した測定を行い、電流・軌道流変換を界面電子構造に紐づけて解き明かす。
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