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有機半導体におけるスピン流の直接観測に向けた二重磁気共鳴計測手法の開発

Research Project

Project/Area Number 19K22172
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 32:Physical chemistry, functional solid state chemistry, and related fields
Research InstitutionOsaka City University

Principal Investigator

鐘本 勝一  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40336756)

Project Period (FY) 2019-06-28 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywordsスピン流 / 二重共鳴 / 逆スピンホール効果 / 磁気共鳴 / 強磁性共鳴 / 有機半導体
Outline of Research at the Start

↑と↓のスピンが分極した状態が空間伝播することを意味する“スピン流”の研究が注目されている。本研究では、小さいスピン軌道相互作用によりスピン流伝播が有利と期待されている有機半導体に対して、直接スピン分極状態の姿を捉えるための二重磁気共鳴型スピン流観測システムを新規に構築し、有機素子におけるスピン流発生の証拠を直接示す。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では 、強磁性共鳴(FMR)によるスピンポンピングから生成したスピン流の伝播を分析するための二重共鳴型ポンププローブ技術を開発し、スピン流伝搬の物理を明らかにすることを目的とする。その構築する計測系は、従来からあるXバンドマイクロ波キャビティを利用したマイクロ波増幅システムと、アンテナを利用したマイクロ波励起システムを組み合わせるものである。その実験系が構築されると、キャビティによるマイクロ波を強磁性電極の励起用に用い、アンテナからのマイクロ波をマイクロ波のプローブ用に用いることができ、励起により発生したスピン流の伝達を直接評価する計測系が構築できる。その場合、Xバンドマイクロ波キャビティは従来からのシステムを用いることができるため、計測系構築において心臓部となるのは、アンテナ型マイクロ波励起システムの構築である。本年度は、そのシステム構築に重点を置いた。マイクロ波の波長が可変で出力できる新規購入したシンセサイザの出力を、新規購入したマイクロ波アンプとつなげ、励起用のマイクロ波の系を構築した。その励起マイクロ波をアンテナとつなげ、試料に効果的に照射されるかを調べた。その調査には、そのアンテナプローブを用いて、Xバンドマイクロ波キャビティに観測される逆スピンホール効果の信号と同様な信号が発生するかを調べることが最も直接的と考え、その実験を実施した結果、実際に、アンテナプローブからの信号の観測に成功した。これはアンテナプローブ系が計測に使えることの実証となり、本計測系の実現に現実味を与えるものとなる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

今回目的とする二重共鳴計測系の構築において心臓部となるのは、アンテナ型マイクロ波励起システムの構築であるが、前述の通り、この計測系を構築し、実際に、励起システムとして使えることを確認できた。また、前述事項以外に、Xバンドキャビティから発生するマイクロ波とアンテナ型システムから発生するマイクロ波が干渉することも懸念事項の一つではあったが、その影響もほとんどないことも確認された。以上の理由から、本研究の状況としては順調に進展していると判断できる。

Strategy for Future Research Activity

本研究の目的とするのは 、強磁性共鳴(FMR)によるスピンポンピングから生成したスピン流の伝播を分析するための二重共鳴型ポンププローブ技術を開発し、スピン流伝搬の物理を明らかにすることである。その準備段階で、アンテナ型励起システムからマイクロ波が増幅されて出力され、計測に使えることが確認できた。そのため、実際に最適な試料系を準備し、二重共鳴信号が実際に得られるかを調べることが本年度の最終目標である。そのために、試料作成系を整備し、標準的な試料系を構築する。特に、大きなインパクトを与えるためには、これまでよく調べられてきた試料系を準備することを考えている。パーマロイと白金系に鉄などをつけ、三層構造として、一方の強磁性層の励起でもう一方の強磁性層の変化が観測されるかを調べる実験をメインに行う予定である。

Report

(2 results)
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report

Research Products

(10 results)

All 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Journal Article] Quantifying Power Flow Processes Mediated by Spin Currents2021

    • Author(s)
      Kenta Nakahashi, Kohei Takaishi, Takayuki Suzuki, Katsuichi Kanemoto
    • Journal Title

      ACS Applied Electronic Materials

      Volume: 3 Pages: 1663-1670

    • DOI

      10.1021/acsaelm.0c01138

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electrically-detected and optically-detected magnetic resonance for organic semiconductor devices2020

    • Author(s)
      鐘本 勝一, 鈴木 貴之
    • Journal Title

      OYOBUTURI

      Volume: 1 Issue: 1 Pages: 25-29

    • DOI

      10.11470/oubutsu.89.1_25

    • NAID

      130007783775

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Electron-Hole Pairs Generated in the Crystalline Phase of Polymer Diodes Studied by Electrically Detected Magnetic Resonance Techniques2019

    • Author(s)
      Kousuke Iwamoto, Yuto Hayakawa, Shuto Hatanaka, Takayuki Suzuki, and Katsuichi Kanemoto
    • Journal Title

      Journal of Physical Chemistry C

      Volume: 123 Pages: 26116-26123

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b07796

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 強磁性金属/有機導体界面におけるスピン伝達2020

    • Author(s)
      高石晃平, 鐘本勝一, 鈴木貴之
    • Organizer
      電子スピンサイエンス学会2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 高強度μ波パルス照射下における逆スピンホール効果2020

    • Author(s)
      鐘本勝一, 中橋健太, 鈴木貴之
    • Organizer
      日本物理学会第75回年次大会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 有機半導体素子における磁場効果と磁気キャパシタンス2019

    • Author(s)
      鐘本勝一
    • Organizer
      日本磁気学会第224回研究会 磁気キャパシタンス効果の新展開
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Origin of Electrically-Detected Magnetic Resonance Signals in Organic Semiconductor Diodes2019

    • Author(s)
      Katsuichi Kanemoto, Kousuke Iwamoto, Shuto Hatanaka, Takayuki Suzuki
    • Organizer
      13th Japanese-Russian International Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 高強度マイクロ波パルス照射下における逆スピンホール効果2019

    • Author(s)
      中橋 健太, 鐘本 勝一, 鈴木 貴之
    • Organizer
      応用物理学会 2019年秋季学術講演会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 高強度マイクロ波パルス照射下における逆スピンホール効果2019

    • Author(s)
      鐘本勝一, 中橋健太, 鈴木貴之
    • Organizer
      電子スピンサイエンス学会年会2019
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] スピン流デバイス測定システム及びスピン流デバイス測定方法2020

    • Inventor(s)
      鐘本勝一、鈴木貴之
    • Industrial Property Rights Holder
      日本電子株式会社
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      2020-142653
    • Filing Date
      2020
    • Related Report
      2020 Research-status Report

URL: 

Published: 2019-07-04   Modified: 2021-12-27  

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