2021 Fiscal Year Annual Research Report
イオン伝導に着目したスピントロニクス機能の精密制御とその応用展開
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19H02586
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
近藤 浩太 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, 上級研究員 (60640670)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 界面スピン機能 / イオン伝導体 / 分子材料 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、物質界面における電荷分布制御をイオン伝導によって誘起し、 スピントロニクス機能の制御を目指している。昨年度までに、代表的なイオン伝導体であるガドリニウム酸化物GdOxと非磁性金属(銅)の界面におけるスピン変換現象について調べた結果、界面における大きな電流-スピン流変換に由来するスピントルクを観測した。しかし、その後の追加実験によって、GdOxの成膜条件で大きく結果が変化することが分かってきた。さらに電流印加を伴う実験を行ったところ、測定時間の経過つれて、変換効率特性が劣化していく傾向が観測された。そのため、成膜や測定条件の最適化がさらに必要である。
また、本研究の動機として、金属と異種材料界面における新規スピントロニクス機能の開拓がある。そのため、上述のイオン伝導材料以外に分子材料と金属界面におけるスピントロニクス機能の発現に関する研究も進めた。これまでに金属と分子材料界面における空間反転対称性の破れを利用したスピン-電荷変換現象を実証してきたが、今回は、分子骨格(分子キラリティ)に着目した。
分子キラリティはスピン機能を発現するためには、重要なパラメータである。実際、キラル分子に電流を流すと、分子が軽元素からなるにも関わらず、スピンフィルタ―効果により強磁性体と同程度のスピン偏極が観測されている。そこで、今回、キラル分子/強磁性金属二層膜における面内電流磁気抵抗効果の計測を行った。その結果、キラル分子に電流が流れていなくてもキラル分子がスピン偏極し、磁気抵抗効果が発現することを初めて実証した。さらに、温度依存性から、このスピン偏極が熱によって励起されていることを実験的に明らかにし、学術論文にて発表を行った。これらの熱によって誘起されるスピントロニクス機能の発見は、今後、分子スピントロニクスの研究発展に貢献することが期待できる。
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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
イオン伝導材料を使ったスピントロニクスデバイスでは、再現性の高い結果を得るためには、測定試料や計測方法のさらなる改善が必須であることが分かり、学術的な成果を挙げるまでには至っていないが、界面スピントロニクス機能の新規開拓という観点から進めていた分子材料/金属材料界面においては、予想を超える成果を出すことができたため。
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| Strategy for Future Research Activity |
イオン伝導由来の機能性開拓に関しては、再現性の高い結果が出る試料を作製するために、1) ガドリニウム酸化物に加え、酸素移動度が低いタンタル酸化物などの材料選定2)成膜装置の改良3)試料構造の見直しを進める。
また今年度、予想以上に進んだ分子材料を用いた界面機能の開拓についても積極的に進める。まずは今回得られた分子材料を用いた新しい磁気抵抗効果について分子材料依存性などを検証することで、この効果が普遍的な効果であることの実証を目指す。
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