2014 Fiscal Year Annual Research Report
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25220604
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
千葉 大地 東京大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (10505241)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
上野 和紀 東京大学, 総合文化研究科, 准教授 (10396509)
小野 新平 一般財団法人電力中央研究所, 材料化学研究所, 主任研究員 (30371298)
好田 誠 東北大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (00420000)
塚崎 敦 東北大学, 金属材料研究所, 教授 (50400396)
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| Project Period (FY) |
2013-05-31 – 2018-03-31
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| Keywords | スピントロニクス / 電界効果 / 強磁性金属 / 非磁性金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の根本にある狙いは、電気的に材料の機能開拓を可能にする手段-電界効果-を、材料の枠を超えて活用し、省エネ・高効率な利用展開・材料間の融合的新機能の創発を図るものである。その広い目的の中で、本研究では磁性体に注目し、中でも身近な金属の磁性を電界効果で自在に操る手法を確立し、その背景に眠るサイエンスの理解と応用展開を目指す。中でも、①電界効果により金属元素の電子数を増減させ、磁性が変化するメカニズムを解明すること、②天然には磁石として存在しない金属を電気的に磁石にすること、③磁場や電流に頼らない次世代の電気的磁気記録手法を確立すること、④ナノ構造の新規形成手法への展開を図ることを目指している。
今年度までには、非磁性元素であるPdに誘起された磁気モーメントの電界制御、及び、強磁性Pdの磁気異方性の電界制御が可能となる段階に達し、この点に関しては、当初の計画通りのスピードで研究が展開している。また、最も身近な金属非磁性体の一つであるCuについても研究対象を拡大しつつあり、現段階では、その中に誘起された磁気モーメントに関しての知見を得ている。
一方で、磁性に特化しない幅広い研究分担者との協力体制も本研究の独創的な点である。半導体、超伝導、酸化物、有機等の各専門家との緊密な連携のもと、既存の概念に囚われない攻めの姿勢で研究を行っている。これにより、研究開始当初には予想しなかった新たな展開もいくつか見つかりつつある。当研究の枠内で行う研究と、新しく派生しつつある研究の両輪により、より幅の広い新たな展開が見込める段階となってきている。特に、酸化物上に製膜した金属超薄膜の特性に関し、様々なことが明らかになりつつあり、電界効果と合わせて既存のアイデアを超えた新たな材料設計の指針を得るという方向性が見え始めている。また、理論家や、放射光の専門家との議論もさらに深く進行している。
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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
代表者が所属を変えゼロからのスタートであった昨年度から2年間で、電気的光学的手法を駆使した独自の研究装置を組み上げることで高効率なアウトプットが可能な環境が整ってきた。これにより、研究開始当初は見えなかった細やかな点について手に取るように状況が把握できるようになってきた。例えば、超薄膜を積層した際に、目的の金属膜とその上下にある金属もしくは酸化物薄膜の組み合わせで、どのような結果が得られるかを瞬時に評価し、フィードバックできる環境が整った。これにより、例えば従来から我々が磁性の電界制御に用いてきたCo/Pt構造の上にPdを積層した際に、原子層レベルでPdの膜厚を制御し、そこに誘起された磁気モーメントがPdの膜厚とともにどのように変化するかを瞬時に見ることができるようになった。また、この磁気モーメントを電界で制御できることが分かり、もともと非磁性体である材料においても、電界により磁性の制御が可能であることを示すことができた。理論家との議論も進めている。
また、酸化物の専門家である分担者と緊密な連携を行い、極性酸化物上に製膜した強磁性金属超薄膜が、極性の違いにより全く異なる性質を示すことを見い出した。これは、ビルトインされたバックゲートによる効果であると考えることもでき、詳細を今後検討していく予定である。
また、前述のCo/Pt構造の間にCuを挟んだ構造や、Coの上にCuを載せた構造などを調べることで、Cuの磁性がどのように変化するかを放射光などの専門家とともに調査中であり、今後電界効果へ発展させる土壌が整いつつある。
40件近い学会発表を行い、外部へのアピールと情報収集は万全と考えている。論文投稿中や準備中の論文の数も増えてきている。
以上のように、当初の計画の着実な遂行＋当初の計画にはなかった取り組みも生まれていることから、計画以上に研究が進展していると自己評価する。
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| Strategy for Future Research Activity |
まず、本研究を採択していただいた際にいただいた次の２つのコメントについては、ここまでの取り組みで十分に考慮してきたと考えている：①理論家・評価分析の専門家との連携、②一般的な装置の購入だけではない独自装置の購入。①については、理論家や放射光専門家との連携をさらに深めるべく、綿密なディスカッションと放射光施設への実験の頻度向上を目指す。②については、評価効率の向上のために、さらなる独自装置の設計・開発を行っていく予定である。
具体的な研究内容としては、計画に沿っている部分は以下のとおりである。まず、放射光施設などを積極的に利用して原理の解明を地道に進めることがあげられる。それだけではなく、製膜の際の構造の制御と評価のスピードの早さを利用して、既存のアイデアに囚われない方針で原理解明を行う予定である。２つ目としては、天然には磁石として存在しない材料の電界による磁石化の原理実証を確実に進めることである。現状で、かなり近い位置にいることから、実現に関するアイデアは惜しみなくテストできる土壌が整っている。分担者や連携研究者などの多方面からのお力も拝借しつつ、次年度以降に特別に力を入れる事項とする。３つ目としては、磁場や電流に頼らない磁化反転手法の開拓である。特に力を入れている、電界による磁壁駆動を連携研究者とともに成功させたい。４つ目としては、ナノ構造の電界による形成である。これは次年度以降の取り組みとして着手できるように、現状としてはナノテクプラットホーム等の利用も視野に入れ、装置上の手配を検討しているところである。
当初の計画を超えた取り組みとしては、酸化物と金属超薄膜のハイブリッド構造における新たな取り組みを発展させることである。実にシンプルな組み合わせであるが、我々のチームでしかできない強みを活かし、次世代の研究の種となりうる方向性を創りあげたいと考えている。
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