2020 Fiscal Year Annual Research Report
2次元磁性体における磁気ゆらぎの電気的検出と高効率スピン変換の開拓
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20H02557
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| Research Institution | Osaka University |
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Principal Investigator |
新見 康洋 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (00574617)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 原子層磁性体 / ファンデルワールス接合 / スピンゆらぎ |
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| Outline of Annual Research Achievements |
原子層磁性体に関する研究が近年急進展している。2次元磁性体は対称性が低いため、バルクには現れない特異な現象が期待できる。特に磁気転移温度近傍の磁気ゆらぎは、バルク磁性体に比べて強いことが知られている。そこで本研究課題では、2次元の強磁性体、三角格子反強磁性体、近藤格子系など、様々な磁気特性をもつ2次元磁性体に、スピン角運動量の流れ「スピン流」を注入することで、磁気転移温度近傍の磁気ゆらぎを、スピン流-電流変換（スピン変換）を介して電気的に検出する。さらにバルクの磁化測定やμSR測定などと比較することで、スピン変換で得られる物理量を解明する。最終的には、磁気ゆらぎを利用した高効率なスピン変換の手法を開拓し、スピン流物理とその応用に新展開をもたらす。
本年度は、原子層強磁性体Fe5GeTe2、原子層反強磁性体CeTe3薄膜試料の作製、さらに原子層らせん磁性体CrNb3S6におけるスピン輸送測定に取り組んだ。Fe5GeTe2に関して、バルクでは垂直磁気異方性はないが、5原子層程度まで薄くすることで、0.5 Tの保磁力を観測し、垂直磁化をもつスピン注入源になることを見出した。CeTe3では、反強磁性転移に伴う磁気抵抗、さらに低温では量子振動の観測に成功した。一方、CrNb3S6に関しては、薄膜試料を作製後、スピン輸送素子に取り込み、スピン流を注入する実験まで行った。らせん磁性転移温度である130 K以上の数倍高温である室温からスピンホール効果の信号が変化を始め、130 Kのところで極大値を取り、十分低温で信号が消失する振舞いを観測した。また、らせんのピッチを1ターン（48 nm）含むか含まないかで信号の大きさが大きく異なることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
研究提案をした時点では、入手出来ていなかった新しい原子層強磁性体Fe5GeTe2と原子層らせん磁性体CrNb3S6を昨年度末に入手することができ、今年度はそちらの研究も行うことができた。Fe5GeTe2やCeTe3に関しては、バルクでは現れていない物性が、薄膜素子で明瞭に観測され、これらに関して、合計で4編の論文を書くことができた。さらに、らせん磁性体に関しては、薄膜デバイスに加工し、らせんピッチの数と膜厚の関係が磁気抵抗に現れることを確認後、スピン輸送測定まで進展させることができた。スピングラスでの実験と同様に、スピンホール効果を用いることで、らせん磁性体におけるスピンゆらぎを感度良く検出できたことは、スピンゆらぎとスピン流の関係を構築する上で重要な結果となった。また、らせんのピッチと膜厚の大小関係で質的に異なる信号が得られたことは当初の予定にはない、重要な成果であった。以上の理由から「（1）当初の計画以上に進展している」を選択した。
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| Strategy for Future Research Activity |
2021年度は、らせん磁性体の磁化状態をスピン流でプローブすること、さらにはスピンホール角やスピン拡散長などの物理量の定量的な算出を目指す。さらに、Fe5GeTe2の垂直磁化膜をスピン注入源としたスピン輸送測定の展開、CeTe3や三角格子反強磁性Ag2CrO2でのスピン輸送測定を行う予定である。Ag2CrO2と同様の構造で、かつ量子スピンS = 1/2である三角格子反強磁性が昨年報告され、今年度中にその物質も入手予定である。そこで今後は、古典スピン（S = 3/2）と量子スピン（S = 1/2）をもつ三角格子反強磁性の違いについても、スピンゆらぎ測定の観点から調べることを予定している。
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[Journal Article] Itinerant ferromagnetism mediated by giant spin polarization of the metallic ligand band in the van der Waals magnet Fe5GeTe22021
Author(s)
K. Yamagami, Y. Fujisawa, B. Driesen, C. H. Hsu, K. Kawaguchi, H. Tanaka, T. Kondo, Y. Zhang, H. Wadati, K. Araki, T. Takeda, Y. Takeda, T. Muro, F. C. Chuang, Y. Niimi, K. Kuroda, M. Kobayashi, and Y. Okada
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 103
Pages: L060403-1~6
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Shubnikov-de-Haas oscillation and possible modification of effective mass in CeTe3 thin films2021
Author(s)
M. Watanabe, R. Nakamura, S.-H. Lee, T. Asano, T. Ibe, M. Tokuda, H. Taniguchi, D. Ueta, Y. Okada, K. Kobayashi, and Y. Niimi
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Journal Title
AIP Advances
Volume: 11
Pages: 015005-1~5
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Spin treacle in a frustrated magnet observed with spin current2020
Author(s)
H. Taniguchi, M. Watanabe, T. Ibe, M. Tokuda, T. Arakawa, T. Taniguchi, B. Gu, T. Ziman, S. Maekawa, K. Kobayashi, and Y. Niimi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 094405-1~7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Tunneling mechanism in a (Ga,Mn)As/GaAs-based spin Esaki diode investigated by bias-dependent shot noise measurements2020
Author(s)
T. Arakawa, J. Shiogai, M. Maeda, M. Ciorga, M. Utz, D. Schuh, Y. Niimi, M. Kohda, J. Nitta, D. Bougeard, D. Weiss, and K. Kobayashi
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Journal Title
Physical Review B
Volume: 102
Pages: 045308-1~7
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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