Development of spintronic functions inherent in molecular orientations

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19K03723
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Tokyo Denki University (2022-2023); Waseda University (2019-2021)
• Principal Investigator: Naka Makoto 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (60708527)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30415054)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 交替磁性 / スピン分裂 / スピン流 / 異常ホール効果 / 磁気光学効果 / ピエゾ磁気効果 / 遷移金属化合物 / 有機導体

Outline of Final Research Achievements

The purpose of this study was to present organic conductors composed of light elements as a platform for spintronics, based on theoretical guidelines. Specifically, we clarified that the energy band deformation caused by the characteristic molecular arrangement of organic conductors can inherently induce spin current generation without even the spin-orbit coupling. This was demonstrated using material-specific model analysis and group theory. Furthermore, we proposed a theory aimed at the experimental detection of spin currents and candidate materials for this purpose. We also showed that these findings can be extended not only to organic conductors but also to inorganic compounds. This has provided a starting point for the study on a third magnet, "altermagnet" currently gaining attention.

Free Research Field

固体電子論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究は、スピン軌道結合強度を判断基準としてこれまでスピン流物性の積極的な研究対象とならなかった分子性導体を含む数多くの物質系を、この観点から再考察するきっかけを与えるものである。これは広範な物質系の研究分野において萌芽的な研究を誘発すると考えられ、学術的に大きな波及効果が期待できる。また、スピン軌道結合が小さい分子性導体は（無機物質とは逆に）スピン流輸送には原理的に適しているため、本研究提案に基づいてスピン流変換が実現可能になれば、無機スピントロニクスが持つ原理的な課題を克服し、生成したスピン流を長距離まで高効率に伝送可能な分子性スピントロニクスデバイスを創出する道が拓ける。