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2015 Fiscal Year Annual Research Report

フッ化グラフェンの電子物性と低消費電力デバイスへの応用

Research Project

Project/Area Number 14J10949
Research InstitutionTokyo Institute of Technology

Principal Investigator

田原 康佐  東京工業大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2014-04-25 – 2017-03-31
Keywordsグラフェン / スピン緩和 / スピンホール効果 / ダイヤモンド / NVセンタ / 磁気共鳴 / 磁気センサ
Outline of Annual Research Achievements

本研究は、フッ化グラフェンのスピン流輸送・スピンホール効果を明らかにし、スピントロニクスデバイスへ応用することを目的としている。黒鉛の単原子層であるグラフェンは、長いスピン拡散長を持つためスピン輸送チャネルとしての性能が期待できる。一方、グラフェンのみでは電子スピン偏極やスピン流を生成することは困難である。不純物でのresonant skew scatteringによるスピンホール効果を用いれば、グラフェンのみを用いてスピン流を生成し、スピントロニクスデバイスを実現できる可能性がある。
このような背景から、前年度にフッ化グラフェンのスピンホール効果の検証実験を行った。非局所抵抗の測定からスピンホール効果の可能性を示唆するデータが得られたが、確実な証明のためには、より強力な証拠を示す必要があることがわかった。
この目的のために、前年度後半からはダイヤモンド中の窒素-空孔中心(NVセンタ)を用いた磁気センサの研究を開始した。フッ化グラフェン等のスピンホール効果によるスピン蓄積が作る磁場を、顕微・ナノスケールの空間分解能で検出し、より強力な証拠を提示することを目的としている。これが実現すれば、今まで光や電荷により間接的に検出されてきたスピン蓄積という現象を、磁場によって直接的に検出することになり、スピントロニクスの分野全体に大きく貢献できる。
本年度は、昨年度に構築したセンサシステムのベースである光検出磁気共鳴(ODMR)顕微鏡を発展させ、高感度な交流磁気検出を実証した。高密度・高配向なNVセンタ集合体を含む試料をダイナミカルデカップリング法を用いて磁場センサ動作させた。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

前年度にフッ化グラフェンのスピンホール効果の検証を行うことができ、おおむね順調に進展していると考えている。
申請当初の計画には無かった部分であるダイヤモンド磁気センサも、本年度に実際の動作を示すところまで進展した。

Strategy for Future Research Activity

今年度は、ダイヤモンド磁気センサによるフッ化グラフェンのスピンホール効果検出に挑戦する。
まず(111)ダイヤモンド表面にNVセンタおよびグラフェンを形成し、これをフッ化処理・微細加工することで実験用試料を作製する。このような試料の作製のみでも種々の課題が存在すると考えられるが、1つずつ解決して完成を目指す。
試料を完成できれば、現在までに構築したセンサシステムにより目的の実験を行う。

  • Research Products

    (5 results)

All 2016 2015

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Improvement of fluorescence intensity of nitrogen vacancy centers in self-formed diamond microstructures2015

    • Author(s)
      S. Furuyama, K. Tahara, T. Iwasaki, M. Shimizu, J. Yaita, M. Kondo, T. Kodera, and M. Hatano
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 107 Pages: 163102

    • DOI

      10.1063/1.4933103

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantifying selective alignment of ensemble nitrogen-vacancy centers in (111) diamond2015

    • Author(s)
      K. Tahara, H. Ozawa, T. Iwasaki, and M. Hatano
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 107 Pages: 193110

    • DOI

      10.1063/1.4935709

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 高配向・高密度NVセンタアンサンブルを用いた交流磁場測定2016

    • Author(s)
      田原康佐, 小澤勇斗, 岩崎孝之, 波多野 睦子
    • Organizer
      第63回応用物理学会春季学術講演会
    • Place of Presentation
      東京都目黒区
    • Year and Date
      2016-03-19
  • [Presentation] Enhanced AC magnetometry using selectively-aligned and high-density NV center ensemble in CVD-grown (111) diamond2016

    • Author(s)
      K. Tahara, H. Ozawa, T. Iwasaki and M. Hatano
    • Organizer
      Hasselt Diamond Workshop 2016 SBDD XXI
    • Place of Presentation
      Hasselt, Belgium
    • Year and Date
      2016-03-10
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Selective alignment of ensemble nitrogen-vacancy centres in CVD-grown (111) diamond2015

    • Author(s)
      K. Tahara, H. Ozawa, T. Iwasaki and M. Hatano
    • Organizer
      International Conference on Diamond and Carbon Materials
    • Place of Presentation
      Bad Homburg, Germany
    • Year and Date
      2015-09-10
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2016-12-27  

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