2016 Fiscal Year Annual Research Report
Magnetic proximity effect and spin-current control in graphene/magnetic oxide junctions
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16H03875
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
境 誠司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 上席研究員(定常) (10354929)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
圓谷 志郎 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員(定常) (40549664)
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| Project Period (FY) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | グラフェン / 原子層物質 / スピントロニクス / 界面物性 / 酸化物磁性体 / 近接効果 / スピン流 / 磁気物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
近年、卓越したキャリア・スピン輸送特性を有するグラフェンのスピントロニクスデバイスへの応用が注目されている。同応用の実現には、グラフェン内部の電子のスピン偏極状態やスピン偏極を伴う電子流(スピン流)を効果的に制御する技術が必要である。本研究では、グラフェンのスピン流制御に係る材料技術として、グラフェン/酸化物磁性体接合の磁気近接効果の探索と制御を目的に研究を行っている。
28年度には、ハーフメタル性の磁性電極材料であるLa0.7Sr0.3MnO3(LSMO)に着目し、グラフェン/LSMO接合の電子・スピン物性の研究を実施した。スピン偏極準安定ヘリウム原子脱励起分光法により接合に含まれるグラフェンの観測を行った結果、同接合では、グラフェンの伝導を担うπバンドの性質を損なうことなく、同バンドの電子にスピン偏極が生じていることが明らかになった。フェルミレベル近傍の電子(キャリア)のスピン偏極の向きはLSMOと平行で、スピン偏極の大きさは磁性金属表面に匹敵する大きさ(スピン偏極率：数10%程度)であることが分かった。本研究の結果、酸化物磁性体(LSMO)が原子レベルで近接することで、非磁性のグラフェンが磁性体に変化すること(磁気近接効果)が始めて明らかになった[S. Sakai et al., ACS Nano, ACS Nano 10, 7532 (2016)]。磁気近接効果のメカニズムについて理論面から考察を行い、グラフェン/LSMO界面を終端する酸素原子を介した間接交換相互作用によりグラフェンのπバンドがスピン分裂することが示された[1]。また、グラフェン/LSMO界面の原子構造が異なる場合のグラフェンの電子・スピン状態についても理論面からの予測結果を報告した[P. Avramov et al., J. Phys. Chem. A 121, 680 (2017)]。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
ハーフメタリックな酸化物磁性体についてグラフェン/酸化物磁性体接合における磁気近接効果を世界で初めて解明した。同成果は、ナノ材料分野の最有力雑誌(ACS Nano)に論文発表を行い、量研機構においてもプレス発表を実施した(新聞等に掲載)。また、研究代表者は、本成果について量研機構・高崎研所長表彰を受賞した。
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| Strategy for Future Research Activity |
グラフェン/酸化物磁性体接合は、スピントランジスタなどグラフェン内部のスピン流を制御するデバイス技術への応用が期待される。同応用には、絶縁性の酸化物磁性体を用いて磁気近接効果を実現する必要がある。29年度には、絶縁性酸化物磁性体のイットリウム鉄ガーネットやマグヘマイトとグラフェンの接合を作成して、SPMDSや放射光メスバウアー分光等による磁気近接効果の観測と及び同メカニズムの研究に取り組む。併せて、それら接合を含む素子の磁気伝導特性の調査を行う。
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