2022 Fiscal Year Final Research Report
Design of surface state and spintronics functionality via Zak phase control
Project/Area Number |
20H01859
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Section | 一般 |
Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
Kanazawa Naoya 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10734593)
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Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平山 元昭 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任准教授 (70761005)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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Keywords | Zak位相 / トポロジー / 表面状態 / スピントロニクス |
Outline of Final Research Achievements |
We developed new topological surface states and designed various spintronic functions by using the concept of quantum phase, so-called Zak phase, which is central in the modern theory of electric polarization. In particular, we succeeded in synthesizing epitaxial thin films of the nonmagnetic insulator FeSi and discovered the emergence of ferromagnetic-metal state on its surface. Since this FeSi surface has a nearly quantized Zak phase, there appear a large electric polarization and the resulting strong Rashba-type spin-orbit coupling. By taking advantage of these properties, we realized nonreciprocal electrical conduction and current-induced magnetization switching. Furthermore, by appropriately selecting the junction material, we controlled the magnetic and spin-orbit coupling states of the FeSi surface and also demonstrated room-temperature operation of the current-induced magnetization switching.
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Free Research Field |
物性物理学、応用物理学
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Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
Zak位相という新しいトポロジーの概念に注目することによって、FeSiという地球上にありふれた元素のみで構成された物質においてスピントロニクス機能を設計することができた。これにより既存のスピントロニクスデバイスの課題の一つである「希少な重元素の含有」の制約に囚われない、物質設計指針を提唱することができた。これらの成果は、急激に成長している情報化社会の電力消費・資源消費を究極的に抑制する要素技術に繋がる可能性を秘めている。また、論文[Science Advances, Advanced Materials など]、プレスリリース、特許申請としてまとめることができ、社会的にも広く情報発信できた。
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