Thin-film quantum liquid crystals based on topological magnetic structures
Publicly Offered Research
| Project Area | Physical Properties of Quantum Liquid Crystals |
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| Project/Area Number |
20H05160
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
松野 丈夫 大阪大学, 理学研究科, 教授 (00443028)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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| Budget Amount *help |
¥6,110,000 (Direct Cost: ¥4,700,000、Indirect Cost: ¥1,410,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | トポロジカル磁気構造 / パルスレーザー堆積法 / ホール効果 / 5d電子系 / DM相互作用 |
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| Outline of Research at the Start |
ナノスケールのトポロジカル磁気構造である「スキルミオン」を構成単位とした量子液晶の探求を行う．エピタキシャル酸化物界面でのジャロシンスキー-守谷（DM）相互作用に由来するスキルミオン相を元に，パルスレーザー堆積法による薄膜・界面作製技術を駆使した物質開発により量子液晶を具現化する．スキルミオン数密度の指標となるトポロジカルホール効果とその電流密度依存性により，液晶状態におけるスキルミオンのダイナミクスと相互作用を明らかにする．量子液相の新たな自由度としてスキルミオンが加わることにより，普遍性と多様性を通してより大きな量子液晶の理解に到達することを目的とする．
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| Outline of Annual Research Achievements |
強磁性体と強いスピン軌道相互作用を持つ非磁性体からなるエピタキシャル酸化物界面ではジャロシンスキー-守谷（DM）相互作用に由来するスキルミオン相が得られる。薄膜・界面作製技術を駆使した物質開発によりスキルミオンを単位とする量子液晶の具現化を目指し、非磁性体として5d電子系Ir酸化物を用いることで以下の成果を得た。
(1) エピタキシャルSrIrO3薄膜上にスパッタ法により強磁性金属CoFeBを積層し、フォトリソグラフィにより長さ30μm、幅10μmのホールバーを形成した。界面における電流-スピン流変換に起因するスピン軌道トルクを高調波ホール効果により測定し、dampinglike・fieldlike成分の二つに分けて評価した。強磁性体の磁化反転に重要となるdampinglike成分からSrIrO3が参照試料のPtと比較して3倍程度大きい電流-スピン流変換効率を持つことを明らかにした。CoFeBの膜厚依存性がないことから、得られた信号は非磁性体SrIrO3の特性を反映していることが確認できた。
(2) IrO2と強磁性金属Ni81Fe19との積層順序がスピン流物性に与える影響をスピン軌道トルクにより評価した。効率的な電流-スピン流変換に由来する大きなdampinglikeスピン軌道トルクが観測され、非磁性体IrO2を下側に積層した試料が上側に積層した試料より大きいスピン軌道トルクを生成することが明らかとなった。IrO2と強磁性体との界面におけるスピン輸送特性が積層順序に強く影響していることが明らかとなり、5d酸化物のスピン軌道トルクを用いたデバイスの設計指針が得られた。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(14 results)
