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スピン軌道相互作用の機能化に基づくポーラロンスピントロニクスの創生

研究課題

研究課題/領域番号 14J12564
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用物性
研究機関東京大学

研究代表者

渡邉 峻一郎  東京大学, 新領域創成科学研究科, 特別研究員(SPD)

研究期間 (年度) 2014-04-25 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
7,800千円 (直接経費: 6,000千円、間接経費: 1,800千円)
2015年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
2014年度: 3,900千円 (直接経費: 3,000千円、間接経費: 900千円)
キーワード有機スピントロニクス / スピントロニクス / 有機半導体材料
研究実績の概要

本研究の最大目標は、有機半導体材料を用いたスピントランジスタ(Spin-FET)のプロトタイプを作製することである。Spin-FETは電子の持つスピン自由度を用いた超高速・低消費電力が期待される夢のデバイスである。本研究課題では有機半導体材料のスピン軌道相互作用(SOC)を高機能化し, さらに微細加工技術などのナノテクノロジーや化学合成を最大限活用し、spin-FETの実現を目指した。
まず当初の計画通り、ケンブリッジ大キャヴェンディッシュ研究所と共同研究体制を構築(計17ヶ月滞在)し, ナノスケールデバイスの作製及び、有機材料のスピン物性評価を行った。また、独国マインツ大学の理論家と共同研究体制を確立し, 量子化学計算から材料選定を効率化させる手法を用いた。その結果、当初の予想どおり原子番号の大きな元素を含む有機材料でのスピン軌道相互作用の増大を世界で初めて観測した(Nature Chemistry誌へ投稿準備中)。一方で、当初スピン寿命1秒, スピン拡散長10マイクロメートルの達成を目指したが、前者は1ミリ秒、後者は1マイクロメートルと及ばなかった。更なる材料選択の余地があり、今後とも引き続き実験を行う予定である。
二年次は、引き続きケンブリッジ大を拠点とし、spin-FETの駆動に必要な磁気抵抗の観測を目指した。ケンブリッジ大で立ち上げた磁気輸送測定装置を用いて、これまで観測されていなかった全く新しい磁気抵抗効果を有機材料で初めて発見した。本研究成果はNature Materials誌にアクセプトされた。今回得られた磁気抵抗測定を用いることで、二年次の課題としていたスピン軌道相互作用の定量化・電気的検出が可能であり、目標が達成されたといえる。微細加工を用いたspin-FETのプロトタイプ作製はかなわなかったものの、微細加工技術等の習熟は十分に行うことができた。

現在までの達成度 (段落)

27年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (12件)

すべて 2016 2015 2014 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件、 招待講演 2件) 図書 (1件)

  • [国際共同研究] ケンブリッジ大学/インペリアルカレッジロンドン(英国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] マインツ大学(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [国際共同研究] ワシントン大学(米国)

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
  • [雑誌論文] 2D Coherent Charge Transport in Highly Ordered Conducting Polymers Doped by Solid State Diusion2016

    • 著者名/発表者名
      1.K. Kang*, S. Watanabe*, K. Broch, A. Sepe, A. Brown, I. Nasrallah, M. Nikolka, Z. Fei, M. Heeney, D. Matsumoto, K. Marumoto, H. Tanaka, S. Kuroda, and H, Sirringhaus,
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: NA

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著 / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-Current Emission Governed by Nonlinear Spin Dynamics2015

    • 著者名/発表者名
      3.T. Tashiro, A. Nomura, S. Matuura, S. Watanabe, K. Kang, H. Sirringhaus, and K. Ando.
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 5

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Signature of the insulator-metal transition of a semicrystalline conjugated polymer in ionic-liquid-gated transistors2015

    • 著者名/発表者名
      Tomonori Harada, Hiroshi Ito, Yoshihiro Ando, Shun Watanabe, Hisaaki Tanaka and Shin-ichi Kuroda
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 8 号: 2 ページ: 021601-1

    • DOI

      10.7567/apex.8.021601

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Organic Spintronics Breaking Through2014

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 雑誌名

      Asia Pacific News Letter

      巻: 3 ページ: 34-35

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Performance and Stability Enhancement of Dye-Sensitized and Perovskite Solar Cells by Al Doping of TiO22014

    • 著者名/発表者名
      Sandeep K. Pathak, A. Abate, P. Ruckdeschel, B. Roose, Karl C. Godel, Yana Vaynzof, Aditya Santhala, Shun Watanabe, Derek J. Hollman, Nakita Noel, Alessandro Sepe, Ullrich Wiesner, Richard Friend, Henry J. Snaith, andUllrich Steiner
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 24 号: 38 ページ: 6046-6055

    • DOI

      10.1002/adfm.201401658

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Spin current in organic semiconductors2015

    • 著者名/発表者名
      Shun Watanabe
    • 学会等名
      THE INTERNATIONAL CHEMICAL CONGRESS OF PACIFIC BASIN SOCIETIES
    • 発表場所
      Honolulu, Hawaii, USA
    • 年月日
      2015-12-15 – 2015-12-20
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spin current in organic semiconductors2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉峻一郎
    • 学会等名
      Symposium 127 “Frontier and perspectives in molecular spintronics”, Pacifichem 2015
    • 発表場所
      Hawaii, Honolulu USA
    • 年月日
      2015-12-15
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Probing charge delocalization in a semi-crystalline supramolecular polymer2015

    • 著者名/発表者名
      Kang, Keehoon and Watanabe, Shun and Broch, Katrina and Matsumoto, Daisuke and Marumoto, Kazuhiro and Tanaka, Hisaaki and Kuroda, Shin-ichi and Heeney, Martin and Sirringhaus, Henning
    • 学会等名
      APS March Meeting 2015
    • 発表場所
      San Antonio, Texas, USA
    • 年月日
      2015-03-02 – 2015-03-06
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
  • [図書] 有機半導体におけるスピン注入・輸送・変換2015

    • 著者名/発表者名
      渡邉峻一郎、安藤和也
    • 総ページ数
      6
    • 出版者
      電子スピンサイエンス学会
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書

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公開日: 2015-01-22   更新日: 2024-03-26  

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