2020 Fiscal Year Annual Research Report
Valley-spintronics in atomic layer materials
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17H01138
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
山本 倫久 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (00376493)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
樽茶 清悟 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, グループディレクター (40302799)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 原子層物質 / メゾスコピック系 / バレートロニクス / スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
グラフェンのバレースピントロニクスの研究に関して、2層グラフェンの電荷中性点で現れ、スピン流-バレー流変換の舞台となる層間反強磁性状態の物理を明らかにするために、コルビノ型の試料における電気伝導実験を行った。コルビノ型の試料は、ドーナツ型の試料の真ん中と外側にオーミック電極を取り付けたものであり、これを用いると、端伝導の影響を受けずに、純粋なバルクの電気伝導を取り出すことができる。このコルビノ型デバイスを作製し、電気伝導度の温度依存性や面直電場依存性を測定した。
電気伝導度の面直電場依存性からは、層間反強磁性状態と層偏極状態（片方の層に電子が偏極する状態）との間の相変化が高次の量子相転移であることを示唆する結果が得られた。また、層間反強磁性状態では、温度の上昇と共に電気伝導度が単調に変化せず、絶縁体的-金属的-絶縁体的と変化する様子が観測された。詳細な解析により、最初の絶縁体的-金属的な伝導の変化は、スピンの長距離相関の喪失（コスタリッツ-サウレス転移）に対応していることを示唆する結果が得られた。この変化が起こる温度で、スピンバレーホール効果による非局所抵抗の振る舞いも変わっており、スピンバレーホール効果には長距離相関が必要であることと整合している。また、高温での金属的-絶縁体的な伝導変化は、短距離相関による層間反強磁性状態の喪失と対応していた。これらの結果から、層間反強磁性状態の相転移の物理や局所伝導、非局所伝導の非単調な温度依存性の起源が明らかになった。
尚、上記実験で興味深い結果が得られ、これに集中して研究を進めたため、当年度はスピン流注入の技術開発については保留した。また、年度の途中まではTMDのヘテロ構造作製にも取り組んだが、難航したこともあり、年度後半はグラフェンの研究に集中した。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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