2022 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 | イオン伝導 / 界面スピン-電荷変換 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は、酸素イオン伝導材料として、タンタル酸化物を用いたスピン変換現象について検討した。タンタル酸化物は、酸素イオンの移動が非常に早く、抵抗変化メモリへの応用も期待されている。これまでに白金酸化物やガドリニウム酸化物などの酸化物と強磁性金属を接合させたデバイスにおいて、スピントルクの増強効果が知られているが、これらのデバイスでは、界面における空間反転対称性の破れだけでなく、強磁性金属中への酸素混入の効果が重畳するため、増強効果の起源特定は容易ではない。そこで、今回、酸素によって誘起される空間反転対称性の破れがスピン変換機能を誘起できるかを実験的に明らかにすることを目的に研究を進めた。
測定試料として、強磁性金属/タンタル/タンタル酸化物の三層構造を用意した。タンタル酸化物は、マグネトロンスパッタ法により、タンタルターゲットを酸素とアルゴンの混合ガス中で成膜することで作製した。この試料においてスピン流を、強磁性層からタンタル/タンタル酸化物界面に注入し、電流への変換を調べた。その結果、中間層のタンタルがスピン拡散長よりも薄い場合において、特異な出力電圧信号の増強を観測した。その大きさは、タンタル酸化物がない場合と比べて約2倍程度になることが分かった。この結果をもとに、界面スピン変換係数(変換効率)を求めたところ、大きなラシュバ-スピン分裂を有するAg/Biを用いた場合と同程度のスピン変換が誘起されていることが分かった。この結果は、酸素イオンは空間反転対称性の破れの誘起に非常に有用であることを示している。また、この効果を応用することで、タンタルなどの金属中を移動する酸素の高速移動を実時間計測する手法開拓への展開が期待できる。これらの実験結果については論文準備中である。また、これ以外にも、界面などの対称性の破れによって誘起されるスピン機能に関するレビュー論文を出版した。
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| Research Progress Status |
令和4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4年度が最終年度であるため、記入しない。
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