2017 Fiscal Year Research-status Report
Surface spin polarization of Dirac-Fermion systems observed by spin-polarized positron beam
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17K19061
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| Research Institution | National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology |
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Principal Investigator |
河裾 厚男 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) (20354946)
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| Project Period (FY) |
2017-06-30 – 2020-03-31
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| Keywords | グラフェン / 六方晶窒化ホウ素 / スピン / ポジトロニウム / 陽電子 / 表面 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
半金属の単層グラフェンと絶縁体の単層の六方晶窒化ホウ素(h-BN)について、磁気近接効果によるスピン偏極状態をスピン偏極表面ポジトロニウム消滅分光測定と第一原理計算により調べた。基板金属として強磁性のコバルトとニッケルを用いたところ、グラフェンとh-BNのどちらにも、有限のスピン偏極が誘起されることが見いだされた。スピン偏極の大きさは、コバルト基板の方がニッケル基板よりも大きく、下地金属が同じ場合にはグラフェンとh-BNでは大差なかった。ニッケル基板の温度を強磁性-常磁性転移温度の370℃以上にすると、グラフェンとh-BNのスピン偏極は消失することが見いだされた。以上の結果から、磁気近接効果によるグラフェンとh-BNのスピン偏極が確認された。
下地金属が同じ場合にグラフェンとh-BNで類似するスピン偏極特性が現れる原因は、グラフェン・h-BNのπ電子と金属のd電子が強く混成することで、両物質に特徴的なディラックコーンやバンドギャップが消失し、互いに似通った金属電子状態になるためであることが判明した。即ち、磁気近接効果によるグラフェンとh-BNのスピン偏極は、それらの個性的な電子状態を失うことを代償としている。
元々ｈ-BNはトンネルバリア層として注目されているが、上の結果は、金属との混成が強い場合その機能が損なわれる可能性を示唆される。グラフェンにおいても、より強いスピン偏極を誘起させようとすれば、強磁性体との接触により電子伝導特性が大きく劣化する可能性がある。グラフェンやh-BNを用いたスピンデバイスの開発においては、これらについて慎重に検討する必要があると言える。
以上の成果を論文として米国物理学会に投稿した。
スピン偏極表面ポジトロニウム消滅測定装置において、試料の冷却ステージを整備し、28Kから700Kの温度範囲で測定が可能となった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本年度はスピン偏極表面ポジトロニウム消滅分光測定によるグラフェンとh-BNの磁気近接効果の検証を予定していたところ、実際にスピン偏極の検出とそれらの起源の特定に至るとともに、成果を論文化した。また、次年度に予定している電流誘起スピン偏極の観測に必要な低温測定装置の準備を完了させた。
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| Strategy for Future Research Activity |
スピン偏極表面ポジトロニウム消滅分光測定が、グラフェンとh-BNの磁気近接効果によるスピン偏極の検出に有効であることが判明した。そこで初年度に扱ったコバルトとニッケル以外の強磁性体を基板とした場合についても検証を進める。さらに、スピンホール系である白金などの重金属を基板とした場合のスピン注入の観測を行う。それらの進捗を考慮しながら、トポロジカル絶縁体表面における電流誘起スピン偏極効果の観測に挑む。
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| Causes of Carryover |
契約差額による。
次年度の消耗品購入に充当する。
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