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2017 Fiscal Year Annual Research Report

Semiconductor spincurrentronics

Research Project

Project/Area Number 16H06330
Research InstitutionKyoto University

Principal Investigator

白石 誠司  京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 安藤 裕一郎  京都大学, 工学研究科, 特定准教授 (50618361)
Project Period (FY) 2016-05-31 – 2021-03-31
Keywordsスピンカレント / 半導体 / 外場制御
Outline of Annual Research Achievements

29年度は、前年度に酸化物2次元電子系における室温スピン輸送を実証するツールとしてドイツの共同研究グループと開発したブロードバンド強磁性共鳴法を用いてシリコン中のスピン緩和の大小を定量的かつ迅速に測定することに成功するとともに、シリコンスピンバルブ中のスピン緩和機構を運動量緩和の観点から整理しなおし、運動量緩和とスピン緩和の比を定量的に決定することに成功した。これらの成果はApplied Physics Letters誌に掲載し、更に研究を遂行する学生の受賞(複数)にも繋がった。他に受賞関連として代表者が文部科学大臣表彰を、本研究課題推進の基盤となった成果によって受けることができた。

またスペインのグループと共同でトポロジカル絶縁体における相反性のある電気的スピン変換の実現に初めて成功し、論文投稿直前の段階にある。29年度最大の発見は金属超薄膜に強力な外部電場を印加することで、その伝導度を連続的に変調できることを発見したことにある。これは金属と半導体は物性的に明瞭に区別でき、一方の材料を他方の材料のような物性を備えさせることは困難であるという従来理解を大きく覆す点で極めて意義深い(金属も半導体のように振る舞える、ということ)。この技術を用いて外場によるスピン軌道相互作用の制御と非線型なスピンカレント=電流変換の実現など、独自の境地を開拓しつつあり、論文も投稿中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

論文出版自体は例年並の水準であるが、いくつかの大きな、既存の概念や理解を覆すような革新的または卓越した成果があがっている。これらの点は想定以上に研究はうまく遂行されている、と言える。また酸化物に次ぐ別の2次元電子系におけるスピンカレント伝播も徐々にゴールが見えてきた。計画に挙げている原子膜半導体やスピンカレント回路システムの構築などがやや遅れているので総合的に(2)と判断する。

Strategy for Future Research Activity

引き続き現在のペースで研究を推進し、同時にドイツ・スペインとの国際共同研究も推進していく。今年度は、特に昨年度発見した新しいスピンカレント輸送・変換の外場制御を切り口に、更に新しい物理を見出すことを意識しつつ、進行中の2次元電子系に関する研究や、スピンカレント回路素子の開発など基礎から応用までバランスよく研究を推進していくことを目指す。

  • Research Products

    (29 results)

All 2018 2017

All Journal Article (4 results) (of which Peer Reviewed: 4 results,  Open Access: 3 results) Presentation (25 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results,  Invited: 2 results)

  • [Journal Article] LaAlO3/SrTiO3界面で誘起される2次元電子系を用いた室温スピン輸送2018

    • Author(s)
      大島諒、安藤裕一郎、白石誠司
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 53 Pages: 71

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Spin conversion on the nanoscale2017

    • Author(s)
      Y. Otani, M. Shiraishi, A. Oiwa, E. Saitoh and M. Murakami
    • Journal Title

      Nature Physics

      Volume: 13 Pages: 829-832

    • DOI

      10.1038/nphys4192

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spin injection into silicon detected by broadband ferromagnetic resonance spectroscopy2017

    • Author(s)
      R. Ohshima, S. Klingler, S. Dushenko, Y. Ando, M. Weiler, H. Huebl, T. Shinjo, S. Goennenwein and M. Shiraishi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 110 Pages: 182402-1

    • DOI

      10.1063/1.4983012

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Investigation of spin scattering mechanism in silicon channel of Fe/MgO/Si lateral spin valves2017

    • Author(s)
      S. Lee, N. Yamashita, Y. Ando, S. Miwa, Y. Suzuki, H. Koike and M. Shiraishi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 110 Pages: 192401

    • DOI

      10.1063/1.4982966

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Injection current dependence of spin signals in non-degenerate n-Si2018

    • Author(s)
      Soobeom Lee
    • Organizer
      International Symposium on Photonics and Electronics Science and Engineering 2018
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Injection current dependence of spin signals in non-degenerate n-Si2018

    • Author(s)
      Soobeom Lee
    • Organizer
      The 65th Japan society of applied physics spring meeting
  • [Presentation] Spintronics using low-dimensional material systems2018

    • Author(s)
      大島諒
    • Organizer
      光電子理工学シンポジウム
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of thermal gradient in an YIG/GGG bilayer system in uniform microwave excitation2018

    • Author(s)
      重松 英
    • Organizer
      International Symposium on Photonics and Electronics Science and Engineering
  • [Presentation] Spin current in low-dimensional systems2017

    • Author(s)
      M. Shiraishi
    • Organizer
      Quantum Spintronics at Interfaces
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Spin injection and ambipolar spin conversion in single-layer graphene2017

    • Author(s)
      M. Shiraishi
    • Organizer
      Graphene EU-Japan Workshop
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Room temperature operation of silicon-based spin transistors2017

    • Author(s)
      安藤裕一郎
    • Organizer
      ICSI-10
  • [Presentation] Spin to charge conversion in graphene and carbon nanotube mats2017

    • Author(s)
      安藤裕一郎
    • Organizer
      SPIE
  • [Presentation] Gate-tuned inverse spin-Hall effect in Pt2017

    • Author(s)
      Sergey Dushenko
    • Organizer
      Spin Conversion Workshop 2017
  • [Presentation] Temperature dependence of the spin-charge conversion under the ferromagnetic resonance condition in the YIG/CoFeB system2017

    • Author(s)
      Sergey Dushenko
    • Organizer
      The 78th the Japan Society of Applied Physics (JSAP) Autumn Meetin
  • [Presentation] Gate dependence of the ISHE-induced electromotive force in a thin platinum film2017

    • Author(s)
      外園将也
    • Organizer
      応用物理学会
  • [Presentation] Gate tuning of the ISHE-induced electromotive force in a platinum ultra-thin film2017

    • Author(s)
      外園将也
    • Organizer
      日本物理学会
  • [Presentation] 白金薄膜中における逆スピンホール効果による起電力のゲート電圧変調2017

    • Author(s)
      外園将也
    • Organizer
      応用物理学会関西支部
  • [Presentation] 薄膜Pt中における逆スピンホール効果のゲート電圧依存性2017

    • Author(s)
      外園将也
    • Organizer
      PSPS-22
  • [Presentation] Inverse spin Hall effect in single-crystal bismuth2017

    • Author(s)
      松島真之
    • Organizer
      9th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology
  • [Presentation] Inverse spin Hall effect in highly oriented bismuth2017

    • Author(s)
      松島真之
    • Organizer
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • [Presentation] Bi高配向膜を用いた逆スピンホール効果2017

    • Author(s)
      松島真之
    • Organizer
      応用物理学会関西支部 平成29年度 第2講演会
  • [Presentation] Electric field dependence of spin drift velocity in non-degenerate Si2017

    • Author(s)
      Soobeom Lee
    • Organizer
      Spin tech international school and conference 2017
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Bias dependence of magnetoresistance in non-degenerate Si lateral spin valve2017

    • Author(s)
      Soobeom Lee
    • Organizer
      Japan society of applied physics Kansai branch
  • [Presentation] Inverse spin Hall effect in surface oxidized Cu layer in Cu-based lateral spin valves2017

    • Author(s)
      山田 暉馨
    • Organizer
      応用物理学会(秋季)
  • [Presentation] Observation of the spin transport in a d-electron two-dimensional electron gas at the oxide interface2017

    • Author(s)
      大島諒
    • Organizer
      Top-spin3: Spin and Topological Phenomena in Nanostructures Towards Topological Materials Science
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Observation of the spin transport at a LaAlO3/SrTiO3 interface at room temperature2017

    • Author(s)
      大島諒
    • Organizer
      第78回応用物理学会秋季学術講演会
  • [Presentation] Realization of d-eelctron spin transport in oxide-based two-dimensional electron gas at room temperature2017

    • Author(s)
      大島諒
    • Organizer
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 酸化物ヘテロ接合を用いたスピン輸送の研究2017

    • Author(s)
      大島諒
    • Organizer
      応用物理学会関西支部 平成29年度 第2回講演会
  • [Presentation] ESRキャビティ中でのYIG薄膜における熱輸送効果2017

    • Author(s)
      重松 英
    • Organizer
      応用物理学会関西支部第2回講演会

URL: 

Published: 2018-12-17  

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