単一原子センサよる機能コアのサブオングストロームスケール物性評価
Publicly Offered Research
| Project Area | New Materials Science on Nanoscale Structures and Functions of Crystal Defect Cores |
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| Project/Area Number |
20H05179
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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 | Nagoya University |
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Principal Investigator |
宮町 俊生 名古屋大学, 未来材料・システム研究所, 准教授 (10437361)
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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 |
¥5,980,000 (Direct Cost: ¥4,600,000、Indirect Cost: ¥1,380,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
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| Keywords | 走査トンネル顕微鏡 / 原子層 / 機能コア / 単一原子センサ / MgO機能コア |
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| Outline of Research at the Start |
近年の構造計測・解析技術の進展に伴い、ステップ、転移、欠陥、表面再構成、異種界面相互作用等、表面・界面におけるナノ～原子スケールでの空間変調、即ち「機能コア」を制御することの重要性が明らかになってきた。本研究では、スピントロニクス素子中のトンネル障壁材料に用いられている酸化物材料MgO薄膜に機能コアを創出し、その構造と電子・磁気状態を走査トンネル顕微鏡により軌道・スピン分解して調べる。そして、MgO薄膜表面に吸着した単一原子のスピン状態をセンサとして利用することによりMgO機能コアの機能性発現の起源をサブオングストロームスケールで解明することを目的とする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は窒化鉄および酸化マグネシウム原子層表面にナノ・原子スケールでの空間変調である「機能コア」を作製し、その機能性を構造と電子・磁気状態の原子分解能観察が可能な走査トンネル顕微鏡(STM)を用いてサブオングストロームスケールで解明することを目的とする。窒化鉄/酸化マグネシウム原子層上に磁性単一原子を作製し、近接効果を考慮した「機能コア+磁性単一原子」の機能性をSTMにより電子軌道分解・スピン分解して明らかにする。本年度は窒化鉄原子層表面上にCo単一原子を作製し、そのSTM観察を行った。また、スピン偏極STM観察に向けて使用するSTM装置の安定性とスピン空間分解能を評価した。
窒化鉄原子層表面上の磁性Co単一原子のSTM構造観察の結果、Co単一原子はp4gmおよび(2×2）の2つのサイト上に吸着していることがわかった。吸着サイトの異なるCo単一原子のSTM分光測定を行った結果、分光スペクトルの形状が大きく異なることが明らかになった。理論計算との比較より窒化鉄原子層との混成状態が異なることに由来してCo単一原子の磁気モーメントが大きく異なることが示唆される。窒化鉄原子層のp4gmサイトとc(2×2）サイトのSTM分光スペクトルの形状には大きな違いが見られなかったが、Co単一原子吸着によりフェルミ準位近傍の3d状態の局在性が増し、その結果、窒化鉄原子層の局所状態密度の微小な違いを検出することに成功した。得られた結果から窒化鉄機能コアの電子・磁気状態の詳細に明らかにするための単一原子センサの有用性・重要性が明らかとなった。並行して、高剛性架台およびアクティブ除振システムを新たに導入し、より低ノイズ環境の測定が可能になったSTM装置を用いてNdFeB磁石のスピン偏極STM観察を行った。結果、サブナノメートル分解能でNdFeB磁石の磁壁幅を評価することに成功した。
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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
(27 results)
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[Journal Article] Electronic structure of 3°-twisted bilayer graphene on 4H-SiC(0001)2021
Author(s)
Takushi Iimori, Anton Visikovskiy, Hitoshi Imamura, Toshio Miyamachi, Miho Kitamura, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Kazuhiko Mase, Kan Nakatsuji, Satoru Tanaka, Fumio Komori
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Journal Title
Physical Review Materials
Volume: 5
Issue: 5
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Spatial Control of Charge Doping in n-Type Topological Insulators2021
Author(s)
Sakamoto Kazuyuki、Ishikawa Hirotaka、Wake Takashi、Ishimoto Chie、Fujii Jun、Bentmann Hendrik、Ohtaka Minoru、Kuroda Kenta、Inoue Natsu、Hattori Takuma、Miyamachi Toshio、Komori Fumio、Yamamoto Isamu、Fan Cheng、Kr?ger Peter、Ota Hiroshi、Matsui Fumihiko、Reinert Friedrich、Avila Jos?、Asensio Maria C.
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Journal Title
Nano Letters
Volume: 21
Issue: 10
Pages: 4415-4422
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Twisted bilayer graphene fabricated by direct bonding in a high vacuum2020
Author(s)
Hitoshi Imamura, Anton Visikovskiy, Ryosuke Uotani, Takashi Kajiwara, Hiroshi Ando, Takushi Iimori, Kota Iwata, Toshio Miyamachi, Kan Nakatsuji, Kazuhiko Mase, Tetsuroh Shirasawa, Fumio Komori, Satoru Tanaka
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Journal Title
Applied Physics Express
Volume: 13
Issue: 7
Pages: 075004-075004
DOI
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[Presentation] 大面積数度ツイストグラフェンの電子状態2021
Author(s)
飯盛拓嗣, 今村均, 宮町俊生, 服部琢磨, 中辻寛, 北村未歩, 堀場弘司, 間瀬一彦, Visikovskiy Anton, 田中悟, 小森文夫
Organizer
日本物理学会 2021年秋季大会
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[Presentation] SiC(0001)上のツイストグラフェンの電子状態のツイスト角度依存性2020
Author(s)
飯盛拓嗣, 今村均, 魚谷亮介, 宮町俊生, 服部琢磨, 中辻寛, 北村未歩, 堀場弘司, 間瀬一彦, 梶原隆司, Visikovskiy Anton, 田中悟, 小森文夫
Organizer
日本物理学会2020年秋季大会
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