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2015 Fiscal Year Research-status Report

水素修飾グラフェンにおける巨大スピン軌道相互作用の検証

Research Project

Project/Area Number 15K17676
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

中村 壮智  東京大学, 物性研究所, 助教 (50636503)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2017-03-31
Keywordsグラフェン / 水素 / スピン軌道相互作用 / スピン注入
Outline of Annual Research Achievements

グラフェンを水素で修飾することによってスピン軌道相互作用が増大することを明らかにするため、水素修飾グラフェンを用いてスピントロニクスデバイスを作成し、スピン軌道相互作用に起因したピンホール・逆スピンホール効果によるスピン流・電流変換現象の観測、およびスピン軌道相互作用によるShubnikov-de Haas振動の変調の観測を目指した。
スピントロニクスデバイスは機械剥離グラフェンおよびCVDグラフェンを用いて作成し、グラフェンの水素修飾にはHSQを用いた。その結果、水素修飾グラフェンに強磁性体を用いて純スピン流を注入すると、それに直交する方向に起電力が生じており、さらに面内磁場を印加することで、その起電力がスピン歳差運動を反映した振動を示すことを発見した。このような起電力は水素修飾をしていないグラフェンを用いた素子では観測されなかったことから、水素修飾によってスピン軌道相互作用が増大し、逆スピンホール効果が生じた証拠であると考えることができる。
一方、グラフェンへの水素修飾の量を変えることでスピン軌道相互作用の強度を変えることができるかどうかを調べたが、水素修飾量を増やすことでグラフェンの伝導度が急激に減少し、逆スピンホール効果は観測出来なかった。また水素修飾グラフェンではどのような水素修飾量においてもShubnikov-de Haas振動は観測できなかった。これはHSQを用いた水素修飾ではSiO2が表面に残留し、それがグラフェンの電子状態を変えたためではないかと考えられる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

スピントロニクスデバイスを用いて逆スピンホール効果を観測し、スピン軌道相互作用が増大している証拠を得ることができた。一方で、水素修飾プロセスにおけるグラフェンの損傷が大きいため素子の歩留まりが極めて悪く、スピンホール角を含めた様々な物理量を算出する所までは至っていない。またHSQの塗布と残留するSiO2によるグラフェンの性能の劣化が大きくデバイス作成の障害となっている。

Strategy for Future Research Activity

HSQによる水素修飾では残留するSiO2がグラフェンの性能の劣化の大きな要因であると考えられる。そのため、SiO2の影響を避ける方法としてHSQ濃度の調整し、さらに超薄膜によるグラフェンの表面保護や、化学薬品による残留物の除去することでグラフェンの性能を維持できるかを調べる。またHSQ以外の方法で水素修飾することでもスピン軌道相互作用が得られないかを調べ、十分なスピンコヒーレンス長を持つ水素修飾グラフェンを実現しスピン干渉素子を実現する。

Causes of Carryover

物品の納期が遅れたため

Expenditure Plan for Carryover Budget

納期の遅れた物品は4月購入予定

  • Research Products

    (3 results)

All 2015

All Presentation (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] 水素化グラフェンにおける逆スピンホール効果2015

    • Author(s)
      中村壮智
    • Organizer
      日本物理学会2015年秋季大会
    • Place of Presentation
      関西大学 (大阪府・吹田市)
    • Year and Date
      2015-09-16 – 2015-09-19
    • Invited
  • [Presentation] Spin-orbit interaction in hydrogenated graphene2015

    • Author(s)
      T.Nakamura, Y.Hashimoto, J.Haruyama, Y.Iye, andS.Katsumoto
    • Organizer
      SpinTech VIII
    • Place of Presentation
      Congress Center Basel, Switzerland
    • Year and Date
      2015-08-10 – 2015-08-13
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Inverse spin Hall effect in hydrogenated graphene2015

    • Author(s)
      T.Nakamura, Y.Hashimoto, J.Haruyama, Y.Iye, andS.Katsumoto
    • Organizer
      21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
    • Place of Presentation
      仙台国際センター (宮城県・仙台市)
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2017-01-06  

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