2021 Fiscal Year Annual Research Report
超高品質ヘテロエピタキシャル技術による革新的高効率スピン流制御
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18H03860
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
大矢 忍 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (20401143)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 酸化物 / エピタキシャル / 半導体 / 強磁性 / スピン流 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
我々は2019年度に、オールエピタキシャルのペロブスカイト酸化物LaSrMnO3/LaAlO3/ SrTiO3ヘテロ構造を作製し、スピンポンピング実験により6.7nmの大きなスピン流電流変換効率を得ることに成功していた。しかし、絶縁体であるLaAlO3でスピン流が減衰し変換効率が低減している可能性を懸念していた。今回は、LaAlO3をLaTiO3に置き換えて研究を行った。LaTiO3は元来は反強磁性モット絶縁体であるが、通常は、歪みなどにより常磁性金属になっている。本研究以前は、このような強相関物質のスピン流に対する寄与は不明であった。実験の結果、全材料系を通して世界最大値である193.5nmの巨大な変換効率が低温で得られた（査読中）。
本現象の理論的な解析も進めている。本系では、Tiの3d軌道のうちスピンを含め6つの軌道が伝導を担っている。強い閉じ込め効果のため、極めて複雑な量子化が起こっている。有効強束縛近似法を用いた計算を行い、各軌道のスピン流電流変換に対する寄与を見積もった結果、特にdxy軌道の第２量子準位が極めて大きな寄与をもつことが明らかになった[Appl. Phys. Express (2022)]。これは、電子軌道の量子化の制御によりスピン流電流変換を制御可能とする新たな知見と言える。
オールエピタキシャル強磁性半導体GaMnAsを用いてスピン流－電流変換の研究を進めており、昨年度、スピントルク磁化反転現象においては世界最小の電流密度である4.6x10^4 A/cm^2での磁化反転に成功していた。今年度はさらにゲート変調実験を行い、スイッチング電流密度のゲート変調に成功した。薄膜表面のRashba型のスピン軌道相互作用が変調されていることに起因していると考えられる。スピントルク磁化反転を人工的に制御できる新たな可能性を示す結果と言える（査読中）。
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| Research Progress Status |
令和3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3年度が最終年度であるため、記入しない。
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[Presentation] Quantum limit transport and Two-dimensional Weyl fermions in epitaxial ferromagnetic oxide SrRuO3 thin films2022
Author(s)
Shingo Kaneta-Takada, Yuki. K. Wakabayashi, Yoshiharu Krockenberger, Toshihiro Nomura, Yoshimitsu Kohama, Hiroshi Irie, Kosuke Takiguchi, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Yoshitaka Taniyasu, and Hideki Yamamoto
Organizer
第69回応用物理学会春季学術講演会
Invited
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[Presentation] Giant spin-charge conversion in an all-epitaxial LaTiO3+δ/SrTiO3 heterostructure2022
Author(s)
Shingo Kaneta-Takada, Miho Kitamura, Shoma Arai, Ryo Okano, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Masaki Kobayashi, Le Duc Anh, Tatsuro Endo, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
2022 Joint MMM-Intermag conference
Int'l Joint Research
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[Presentation] オールエピタキシャル単結晶LaTiO3+δ/SrTiO3ラシュバヘテロ構造における巨大スピン流電流変換2022
Author(s)
金田真悟, 北村未歩, 荒井勝真, 新居拓眞, 岡野諒, Le Duc Anh, 遠藤達朗, 堀場弘司, 組頭広志, 小林正起, 関宗俊, 田畑仁, 田中雅明, 大矢忍
Organizer
第13回低温科学研究センター研究交流会
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[Presentation] Giant spin-to-charge conversion in an all-epitaxial single-crystal-oxide Rashba LaTiO3+δ/SrTiO3 heterostructure2022
Author(s)
Shingo Kaneta-Takada, Miho Kitamura, Shoma Arai, Takuma Arai, Ryo Okano, Le Duc Anh, Tatsuro Endo, Koji Horiba, Hiroshi Kumigashira, Masaki Kobayashi, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
第69回応用物理学会春季学術講演会
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[Presentation] Ambipolar control of high-mobility carriers at a wide-gap oxide interface and applications towards oxide-based electronics2021
Author(s)
Le Duc Anh, Shingo Kaneta-Takada, Theodorus Jonathan Wijaya, Hikari Shinya, Tetsuya Fukushima, Akira Masago, Hiroshi Katayama-Yoshida, Masashi Tokunaga, Masaki Kobayashi, Munetoshi Seki, Hitoshi Tabata, Masaaki Tanaka, and Shinobu Ohya
Organizer
27th International Workshop on Oxide Electronics (iWOE27)
Int'l Joint Research / Invited
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[Presentation] Quantum limit transport and two-dimensional Weyl fermions in epitaxial ferromagnetic oxide SrRuO3 thin films2021
Author(s)
Shingo Kaneta-Takada, Yuki K. Wakabayashi, Yoshiharu Krockenberger, Toshihiro Nomura, Yoshimitsu Kohama, Hiroshi Irie, Kosuke Takiguchi, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Yoshitaka Taniyasu, and Hideki Yamamoto
Organizer
International Symposium on Novel maTerials and quantum Technologies (ISNTT) 2021
Int'l Joint Research
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[Presentation] Quantum limit transport and Two-dimensional Weyl fermions in epitaxial ferromagnetic oxide SrRuO3 thin films2021
Author(s)
Shingo Kaneta-Takada, Yuki. K. Wakabayashi, Yoshiharu Krockenberger, Toshihiro Nomura, Yoshimitsu Kohama, Hiroshi Irie, Kosuke Takiguchi, Shinobu Ohya, Masaaki Tanaka, Yoshitaka Taniyasu, and Hideki Yamamoto
Organizer
第82回応用物理学会秋季学術講演会
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