Efficient spin-charge conversion in 2.5 dimensional materials

• Project Area: Science of 2.5 Dimensional Materials: Paradigm Shift of Materials Science Toward Future Social Innovation
• Project/Area Number: 22H05449
• Research Category: Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (A)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Review Section: Transformative Research Areas, Section (II)
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 塩見 雄毅 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10633969)
• Project Period (FY): 2022-06-16 – 2024-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥6,630,000 (Direct Cost: ¥5,100,000、Indirect Cost: ¥1,530,000); Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000); Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
• Keywords: スピントロニクス / スピン電流変換 / スピン流 / 低次元物質

Outline of Research at the Start

電子スピンの自由度をエレクトロニクスに積極的に用いるスピントロニクス素子においては、スピンと電流の間の相互変換が重要な構成要素になる。高効率にスピンと電流の変換が可能な新しい物質材料の開発を目指して、2.5次元物質に特有の自由度に着目してスピン電流変換現象を調べる。それにより2.5次元物質特有のスピントロニクス物性を開拓し、2.5次元物質を用いた新しいスピン電流変換材料の設計指針を構築する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、2.5次元物質に特有の自由度を利用することで、新奇スピントロニクス物性を開拓することを目指す。申請者はスピントロニクス（スピン・エレクトロニクス）分野と物性物理学分野の境界領域で研究を行っており、物性物理物質を積極的にスピントロニクス分野に持ち込むことで新奇スピン物性を実験的に開拓してきた。スピントロニクス分野における最重要課題の一つは、高効率にスピン角運動量の流れであるスピン流を電気的に生成・検出すること（スピン電流変換）であり、材料開発が精力的に行われてきたが、未だ満足できる性能を有する材料は見出されていない。そこで本研究では、2.5次元物質を用いた新しいスピン電流変換材料の設計指針の構築を目指し、2.5次元物質に特有の近接効果・ひねり・対称性という3つの自由度の観点から2.5次元物質のスピン電流変換現象を調べた。
今年度は、昨年度開始した複数の共同研究を継続して行った。既に宮田氏や加藤氏、笹川氏など領域メンバーからいくつかの試料の提供を受けて研究を進めており、特に対称性の破れに着目して設計された2.5次元物質を主たる対象として研究を行った。磁気光学イメージングを用いた実験では複数の2.5次元デバイスでの測定を行い興味深い結果が得られ始めている。対照実験用の試料における測定も進め、半導体の光学物性の専門家とも議論しつつ実験結果の解釈を進めた。さらに、昨年度圧電性能評価の結果を査読付き論文として報告した2次元強誘電体In2Se3においても、論文出版後に新しいプロジェクトを開始し、有望な結果が出始めている。

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Surface anisotropic magnetoresistance in the antiferromagnetic semiconductor <mml:math xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML"><mml:mrow><mml:mi>Cr</mml:mi><mml:msub><mml:mi>Sb</mml:mi><mml:mn>2</mml:mn></mml:msub></mml:mrow></mml:math> (2023)
  • Author(s): Kurea Nakagawa, Motoi Kimata, Tomoyuki Yokouchi, Yuki Shiomi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 107 Issue: 18 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1103/physrevb.107.l180405
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Piezoelectric Effect in 2H and 3R phases of a-In2Se3 (2023)
  • Author(s): K. Ueda, R. Murata, T. Sasagawa, and Y. Shiomi
  • Journal Title: Jpn. J. Appl. Phys. Volume: 62 Issue: 6 Pages: 61006-61006
  • DOI: 10.35848/1347-4065/acdc72
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Amorphous Ferromagnetic Metal in van der Waals Materials (2023)
  • Author(s): Zhang Siyue、Harii Kazuya、Yokouchi Tomoyuki、Okayasu Satoru、Shiomi Yuki
  • Journal Title: Advanced Electronic Materials Volume: 10 Issue: 2 Pages: 2300609-2300609
  • DOI: 10.1002/aelm.202300609
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Modulation of spin Hall magnetoresistance in α-Fe2O3/Pt by uniaxial tensile strain (2023)
  • Author(s): Matsuki Junnosuke、Yokouchi Tomoyuki、Shiomi Yuki
  • Journal Title: Applied Physics Express Volume: 16 Issue: 12 Pages: 123001-123001
  • DOI: 10.35848/1882-0786/ad0db7
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Trapping and manipulating skyrmions in two-dimensional films by surface acoustic waves (2023)
  • Author(s): Miyazaki Yu、Yokouchi Tomoyuki、Shiomi Yuki
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 13 Issue: 1 Pages: 1922-1922
  • DOI: 10.1038/s41598-023-29022-z
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Giant Magnetochiral Anisotropy in Weyl Semimetal WTe2 Induced by Diverging Berry Curvature (2023)
  • Author(s): Yokouchi Tomoyuki、Ikeda Yuya、Morimoto Takahiro、Shiomi Yuki
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 130 Issue: 13 Pages: 136301-136301
  • DOI: 10.1103/physrevlett.130.136301
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Phase-change control of anomalous Hall effect in ferromagnetic MnBi thin films (2022)
  • Author(s): Zhang Siyue、Miyazaki Yu、Yokouchi Tomoyuki、Shiomi Yuki
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 121 Issue: 26 Pages: 262402-262402
  • DOI: 10.1063/5.0121284
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Reconfigurable single-material Peltier effect using magnetic phase junctions (2022)
  • Author(s): Yuki Shiomi
  • Organizer: Young Research Leaders Group Workshop: Spins, Orbits, Charges, and Heat in Magnets
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Book] 新・物性物理入門 (2023)
  • Author(s): 塩見雄毅
  • Total Pages: 216
  • Publisher: 朝倉書店
  • ISBN: 9784254131499