Spin transport in magnetic nanoparticles

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 21K14519
• Research Institution: Iwate University
• Principal Investigator: 大柳 洸一 岩手大学, 理工学部, 助教 (50881223)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: スピン流 / スピントロニクス / 磁性ナノ粒子

Outline of Annual Research Achievements

スピントロニクス分野では、電子の持つ電荷の自由度に加えスピンの自由度をも利用した電子デバイスの開発が行われている。本研究の目的は、様々な形状・物性を示す磁性ナノ粒子を用いた新たなスピントロニクス材料の開発やそこで発現するスピントロニクス現象の開拓である。
本研究課題の目的達成のために本年度は以下の研究に取り組んだ。
(1) 磁性微粒子からなるバルク焼結体の作製を行なった。初年度は、物質・材料研究機構の内田グループの装置を利用し、酸化鉄微粒子とニッケル微粒子の最適な混合比率を明らかにするべく組成の異なる焼結体を作製した。また、焼結温度を変えることで、焼結温度の上昇によってバルク焼結体のポロシティが向上することを見出した。これらは、酸化物磁性ナノ粒子を用いたバルク焼結体を作製する上で有益な知見である。さらに、作製したバルク焼結体において熱-スピン変換現象が発現していることを確認した。
(2) 理論的に大きな磁化を示すことが予想される新規磁性材料の開発を目指し、希土類を添加した酸化鉄ナノ粒子の作製を行なった。その結果、希土類元素の添加に成功した。しかし、それら粒子が示す飽和磁化は添加前に比べ大きく減少しており、予想と異なる結果を得た。この原因は添加された希土類の配位したサイトが理論計算で考えられていたサイトと異なっていることを示唆している。
(3) ゆらぎの大きな常磁性体へ金属薄膜からスピン注入を行った。その結果、界面においてスピン移行トルクが働くことを明らかにした。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初予定していた薄膜状の磁性ナノ粒子試料の作製は遅れているが、磁性ナノ粒子を用いたバルク焼結体の作製に関して一定の知見が得られ、試料作製に目処がたった。また、出力は小さいが熱-スピン変換現象の発現も確認することができている。本年度導入した電磁石を用いた精密電気測定系の構築も進んでいる。また、ゆらぎの大きな常磁性体に対するスピン注入に関する研究が学術雑誌に掲載された。

Strategy for Future Research Activity

今後は、磁性ナノ粒子を用いたバルク焼結体を作製し、詳細な構造・組織評価を行うことで焼結条件の最適化を行う。また、作製したバルク焼結体のスピン輸送物性、特に熱-スピン相互変換現象の観測に取り組む。さらに、磁性ナノ粒子の自己組織化を利用した薄膜状試料の作製に取り組み、そのスピン輸送の可能性を探る。

Causes of Carryover

COVID-19感染拡大によって当初予定していた研究機関への出張を行うことができなかったため、当初より旅費の使用額が大幅に減った。来年度の旅費、および物品費として使用する。

Research Products

• [Journal Article] Paramagnetic spin Hall magnetoresistance (2021)
  • Author(s): Koichi Oyanagi, Juan M. Gomez-Perez, Xian-Peng Zhang, Takashi Kikkawa, Yao Chen, Edurne Sagasta, Andrey Chuvilin, Luis E. Hueso, Vitaly N. Golovach, F. Sebastian Bergeret, Felix Casanova, and Eiji Saitoh
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 104 Pages: 134428 1-14
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.104.134428
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research