二次元電子系におけるラシュバ型スピン軌道相互作用の制御とスピン輸送物性の研究

2017 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16J00485
• Research Institution: Kyoto University
• Principal Investigator: 大島 諒 京都大学, 工学研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2016-04-22 – 2019-03-31
• Keywords: スピントロニクス / 高周波測定 / 磁化ダイナミクス

Outline of Annual Research Achievements

研究課題として酸化物ヘテロ接合界面(LaAlO3/SrTiO3, LAO/STO)に形成される二次元電子系における電子スピンの制御を目的としています。第1年度目においてLAO/STO界面におけるスピン輸送の実証、および実験的にスピン緩和長の見積りを達成し、その結果がNature Materials誌に掲載されました。本年度は得られた結果をもとに国内外へ向けて自身の成果を発表することに努めました。具体的には招待講演を含んだ講演を国内外で4件行いました。その結果、雑誌「固体物理」への寄稿、来年度開催予定の国際会議における招待講演の発表依頼、更に賞の受賞しました。
また、LAO/STO界面での輸送実験の対照実験として用いた、最大40 GHzの高周波を用いた強磁性共鳴測定について、この技術をシリコン(Si)へのスピン注入に応用する手法を研究し、その内容がApplied Physics Letters誌に掲載されるに至りました。従来Siへのスピン注入は数百ナノメートルレベルの微細加工技術や、電極・トンネル膜などの結晶成長技術、多段階プロセスといった複数の要素技術と時間を経てデバイス作製し、測定を行っています。我々の研究グループではSiスピンデバイスのMOSFET動作を世界に先駆けて成功しましたが、最適化を目指す上でデバイス作製課程の複雑さが課題となっていました。今回提案した手法ではSi上に強磁性薄膜を微細加工なく成膜するだけの簡単なデバイス構造で、容易にスピン注入効率を測定できる手法です。広帯域の高周波を用いることでスピン注入効率を測定できます。実際に基板のドーピング濃度を変化させたときパラメータが変化し、その変化がスピン注入による変化であることを(i)強磁性体薄膜の膜厚変化と(ii)スピン流が注入できないよう絶縁層を挟むことで効果が消失するといった対照実験を行うことで確認しました。

Research Progress Status

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。

Research Products

• [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: 71～81
• [Journal Article] Spin injection into silicon detected by broadband ferromagnetic resonance spectroscopy (2017)
  • Author(s): Ohshima Ryo、Klingler Stefan、Dushenko Sergey、Ando Yuichiro、Weiler Mathias、Huebl Hans、Shinjo Teruya、Goennenwein Sebastian T. B.、Shiraishi Masashi
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 110 Pages: 182402～182402
  • DOI: https://doi.org/10.1063/1.4983012
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] Room temperature spin transport at LaAlO3/SrTiO3 interfaces (2018)
  • Author(s): R. Ohshima
  • Organizer: Spintronics Ⅺ of the SPIE Optics ans Photonics conference
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] Observation of the spin transport at a LaAlO3/SrTiO3 interface at room temperature (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Huebl, E. Shikoh, T. Shinjo, S. T. B. Goennenwein, and M. Shiraishi
  • Organizer: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 酸化物ヘテロ接合を用いたスピン輸送の観測 (2017)
  • Author(s): 大島諒、安藤裕一郎、松崎功佑、須崎友文、Mathias Weiler、Stefan Klingler、Hans Huebl、仕幸英治、新庄輝也、Sebastian T. B. Goennewein、白石誠司
  • Organizer: 応用物理学会関西支部平成29年度第2回講演会
• [Presentation] Observation of the spin transport in a d-electron two-dimensional electron gas at the oxide interface (2017)
  • Author(s): R. Ohshima, Y. Ando, K. Matsuzaki, T. Susaki, M. Weiler, S. Klingler, H. Huebl, E. Shikoh, T. Shinjo, S. T. B. Goennenwein, and M. Shiraishi
  • Organizer: TOP-SPIN3: Spin and Topological Phenomena in Nanostructures Towards Topological Materials Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Realization of d-electron spin transport in oxide-based two-dimensional electron gas at room temperature (2017)
  • Author(s): R. Ohshima
  • Organizer: 62th Annual Magnetism & Magnetic Materials Conference
  • Int'l Joint Research / Invited