2021 Fiscal Year Annual Research Report
Designing spin-Hall effect based on even-odd parity hybridization of electron orbitals
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19H02604
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| Research Institution | National Institute for Materials Science |
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Principal Investigator |
小塚 裕介 国立研究開発法人物質・材料研究機構, 磁性・スピントロニクス材料研究拠点, 主任研究員 (70580372)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | スピンホール効果 / スピン軌道相互作用 / 酸化物エレクトロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では遷移金属酸化物におけるスピンホール効果を系統的に調べることにより、酸化物イオン軌道の混成がスピンホール効果に与える影響を明らかにすることが目的である。最終年度はこれまで研究を行ってきたイリジウム酸化物に加え、ルテニウム酸化物、タングステン酸化物についてスピンホール効果の評価を行った。前年度まで得られた成果では、SrIrO3薄膜において強いスピン軌道相互作用と表面での反転対称性の破れにより、運動量空間でスピンテクスチャが発現し、非線形スピンホール効果が観測された。一方、SrRuO3薄膜で同様の測定を行ったが、非線形スピンホール効果は発現しなかった。イリジウムとルテニウムでは同程度にd電子軌道と酸化物イオンの電子軌道の軌道混成が期待されるが、元素中の電子が感じるスピン軌道相互作用は1桁程度異なる。この事実は、大きなスピンホール効果を得るには、異なるパリティの軌道混成だけでなく、元素のスピン軌道相互作用が大きいことが重要であることを示している。また、絶縁体であるBi2WO6を近接させたパーマロイ薄膜では、トポロジカル絶縁体に匹敵する大きな逆スピンホール効果が観測された。タングステンのd電子軌道は酸化物イオンの電子軌道とは混成が少ないと考えられ、大きな逆スピンホール効果が観測されたことは、元素のスピン軌道の大きさが根本的に重要であることを示している。今後、本研究期間で調べることのできなかった他の遷移金属やp軌道系についてもスピンホール効果の大きさを調べ、元素が元来持つスピン軌道相互作用以外にスピンホール効果を増長する方法を模索していくことが必要である。
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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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