Construction of spin-polarized electronics by the transition metal silicide chiral thin films
| Project/Area Number |
23K23212
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| Project/Area Number (Other) |
22H01944 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 29010:Applied physical properties-related
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
宍戸 寛明 大阪公立大学, 研究推進機構, 教授 (80549585)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥17,550,000 (Direct Cost: ¥13,500,000、Indirect Cost: ¥4,050,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2022: ¥9,620,000 (Direct Cost: ¥7,400,000、Indirect Cost: ¥2,220,000)
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| Keywords | キラリティ誘起スピン選択性 / 薄膜 / CrSi2 / スピンエレクトロニクス / スピン偏極 |
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| Outline of Research at the Start |
キラル分子，キラル結晶に電流を印可すると電子のスピンが偏極するキラリティ誘起スピン選択性(CISS)が近年報告され，盛んに研究されている．またキラル結晶においては室温無磁場下においてスピン偏極が電流を伴わず非局所的に長距離を伝搬する．本研究ではCISSが誘起するスピン偏極を基礎に置いた新奇な電子デバイスの実現可能性を検証する．
キラルな結晶構造を持つ遷移金属ケイ化物膜を製膜し，微細加工により種々のデバイス構造を試作する．作製したデバイスを用いて非局所スピン偏極を用いた素子の実現可能性について検証する．またスピン偏極の伝搬速度等についても明らかにする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
CrSi2は空間群P6222もしくはP6422に属し，単軸性のキラルな結晶構造を持つ．申請者はSi基板上にCrSi2の多結晶膜を成膜し，フォトリソグラフィーによる微細加工で任意の形状を作成することに成功した．
CrSi2膜上にAu電極とW電極を蒸着し，キラリティ誘起スピン選択性(CISS)測定を行った．Au電極間に電流を印可するとCISS効果により伝導電子のスピンがキラリティに応じて偏極する．これによりスピン依存した化学ポテンシャルに差が生じる．CrSi2膜上に製膜したW電極とのスピンポテンシャルの差によりスピン流がW電極に吸い上げられ，逆スピンホール効果により横方向の電位差を生じる．このような原理でCISS効果を測定する．
実験結果から，得られたCrSi2多結晶膜においてもCISS効果が観測された．また，電流を流す領域とW電極が数mm離れた非局所測定においても信号を観測することができた．このことから，スピン依存した化学ポテンシャルの差は電流を流していない領域を含む試料全体に広がっていると考えられる．
また，CrSi2多結晶膜では掌性の制御はできていないと考えられるが，左右どちらかに偏りが生じているため有意なCISS信号が得られたと考えられる．
強磁場中でのCISS測定から，信号強度が磁場にほとんど依存しないことが示された．これはキラル結晶内でスピン偏極が強く保持されており，外部磁場の影響をほとんど受けないことを示している．外部磁場に対する強い耐性は非局所測定においても同様に観察された．
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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
CrSi2膜の成膜手法および微細加工手法を確立した．CrSi2膜上にAu電極とW電極を蒸着しCISS測定デバイスを完成させ，CISS効果が生じていることを実証した．W電極と電流印可部が数mm離れていてもスピン偏極が伝搬することを示した．
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| Strategy for Future Research Activity |
CrSi2膜にフォトリソグラフィによる微細加工を施し，メアンダライン，U字型，Y字型などの構造を作製する．スピン偏極の伝搬距離がどこまで伸長するのかを調べる．また，スピン偏極の伝搬速度についても測定を行いたい．同時にスピン偏極を基礎とした2入力1出力の論理回路の作製に取り組む．
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Report
(1 results)
Research Products
(2 results)
