2022 Fiscal Year Annual Research Report
ヘテロ界面における軌道流及び軌道トルク生成機構の解明
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22J21317
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
曽家 希美 慶應義塾大学, 理工学研究科(矢上), 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2022-04-22 – 2025-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / ペロブスカイト型酸化物 / 二次元電子ガス / 軌道流 / 軌道トルク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酸化物/SrTiO3界面に形成される二次元電子ガスは高効率な軌道流生成源として期待されている。この系における軌道流関連現象の高精度な観測には、二次元電子ガスから外部への、酸化物を介した効率的な軌道流輸送が鍵となる。そこで本年度は、電子輸送現象に関する研究を行った。
１点目として、強磁性体/軽金属酸化絶縁体/SrTiO3における電子輸送メカニズムを解明した。この系における二次元電子ガス-強磁性体間の電子輸送は絶縁層を介したトンネル伝導となるが、その詳細なメカニズムは未解明であった。そこで、二次元電子ガスから強磁性体へのスピン流注入効率を、スピン輸送の温度依存性に関する理論に基づいて評価した。スピン流注入効率の温度依存性測定結果は、弾性及び非弾性トンネル伝導を考慮した理論モデルにより再現され、この系における電子輸送の微視的メカニズムが明らかになった (Soya, et al., Adv. Electron. Mater. 8, 220023及び2023APS March meetingにて発表)。
2点目として、強磁性体中の軌道流伝搬に関する研究を行った。SrTiO3上の酸化物が磁気的性質を有する場合、それが軌道流透過の障壁になり得るかを調査した。Ni(軌道流検出層)/Ti(磁気分離層)/Fe(強磁性中間層)/Ti(軌道流生成層)という構造において、Ti(軌道流生成層)で生成した軌道流が Ni(軌道流検出層)に伝搬する際、Fe(強磁性中間層)がどのような影響を与えるかを検証した。測定の結果、軌道流は強磁性中間層を透過することが明らかになり、磁性層は軌道流伝搬の障壁にはならないということが示唆された(Appl. Phys. Express 16, 043001にて発表)。
これらの成果は二次元電子ガスにおける軌道流関連現象観測に向け重要な知見を与えるものである。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
酸化物/SrTiO3界面の二次元電子ガスにおける軌道流関連現象の観測には、効率的な軌道流輸送を実現する酸化物の材料設計が望まれる。現在までの研究により、強磁性体/軽金属酸化絶縁体/SrTiO3における電子輸送メカニズム及び強磁性体中の軌道流伝搬に関する知見が得られた。これらの知見は、物質の電気・磁気的性質が軌道流輸送にどのような影響を与えるかを明らかにするものであり、これに基づいた材料設計により観測に適したデバイスの作製が可能となる。従って、これまでの研究により、軌道流物性解明という目標の達成に向け有意義な結果が得られていると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究成果に基づいて材料設計を行い、軌道流関連現象の高精度な観測に適した強磁性体/酸化物/SrTiO3デバイスを作製する。作製したデバイスを用いて、二次元電子ガスにおける電流・軌道流変換および軌道トルクの初観測に挑む。
また、軌道トルクの精密な評価には、強磁性体中のスピン流生成に起因する自己誘起トルクの定量・分離が必須であるため、強磁性体におけるスピン流生成についても調査を行う。
精度の良い観測・定量により、二次元電子ガスにおける軌道流物性の解明を目指す。
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