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ゲルマニウム中のスピン輸送物性の研究

研究課題

研究課題/領域番号 16F16064
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
研究分野 応用物性
研究機関京都大学

研究代表者

白石 誠司  京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)

研究分担者 DUSHENKO SERGEY  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2016-04-22 – 2018-03-31
研究課題ステータス 完了 (2017年度)
配分額 *注記
2,300千円 (直接経費: 2,300千円)
2017年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2016年度: 1,200千円 (直接経費: 1,200千円)
キーワードスピントロニクス / ゲルマニウム / スピン注入 / スピン輸送 / スピントランジスタ
研究実績の概要

本研究の遂行にあたっては、その開始時に非常に多くの時間をDushenko博士との議論に割いた。この議論の中で、当初の計画であるゲルマニウム中のスピン輸送物性については従来からのDushenko博士の研究によりかなりの部分が結果的に明らかになったことを認識できたことで、私とDushenko博士の総意として、さらに新しい挑戦的なテーマを遂行することを意識として共有できた。新たなテーマ設定に際しては、ゲルマニウム中のスピン輸送変調のためのキーテクノロジーであるゲート電圧印加、という視点で、新しい物理の探索を行うこととした。この研究計画の立案の部分で、私とDushenko博士の寄与は正にイーブンであり、本研究成果の帰属は正に1:1である。Dushenko博士は実験の遂行、モデルの構築で中心的な役割を果たし、私は実験の計画とモデル構築の過程における建設的批判を通じてその妥当性を高めるという役割を担った。結果として、金属材料ではゲート電圧による伝導度の変調は不可能である、という従来の物性物理学上の認識を、イオン液体ゲートを用いた強電界印加によって打破することができ、革命的とも言える業績を得ることができた。さらにゲート電圧印加によって、スピン流を電流に変換する逆スピンホール効果も数桁変調できること、この変調が白金の内因的なスピン軌道相互作用の外場による変調であることを明らかにできた。これは物性物理学において非常に重要かつ深遠なサイエンスの構築であり、極めて高く評価されるべきものである。

現在までの達成度 (段落)

29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

29年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2017 実績報告書
  • 2016 実績報告書
  • 研究成果

    (53件)

すべて 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (7件) (うち国際共著 2件、 査読あり 7件、 オープンアクセス 3件) 学会発表 (44件) (うち国際学会 18件、 招待講演 7件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Spin-wave-induced lateral temperature gradient in a YIG thin film/GGG system excited in an ESR cavity2018

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu, Y. Ando, S. Dushenko, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 印刷中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gigantic and continuous modulation of the inverse spin Hall effect in nanometer-thick Pt film by ionic gating2018

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko, M. Hokazono, K. Nakamura, Y. Ando, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 投稿中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Ferromagnetic resonance imbalance at high microwave power in ESR cavities: effect on the Gilbert damping parameter2018

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko, Y. Ando, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 投稿中

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin injection into silicon detected by broadband ferromagnetic resonance spectroscopy2017

    • 著者名/発表者名
      R. Ohshima, S. Klingler, S. Dushenko, Y. Ando, M. Weiler, H. Huebl, T. Shinjo, S. Goennenwein and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 110 号: 18 ページ: 182402-1

    • DOI

      10.1063/1.4983012

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Quantitative investigation of the inverse Rashba-Edelstein effect in Bi/Ag and Ag/Bi on YIG2017

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, Y. Ando, S. Dushenko, R. Ohshima, R. Kumamoto, T. Shinjo and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Applied Physics Leters

      巻: 110 号: 7 ページ: 072404-072404

    • DOI

      10.1063/1.4976691

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Gate-tunable spin-charge conversion and a role of spin-orbit interaction in graphene2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko, H. Ago, K. Kawahara, T. Tsuda, S. Kuwabata, T. Takenobu, T. Shinjo, Y. Ando and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 116 号: 16 ページ: 166102-166102

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.166102

    • NAID

      120005756299

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Significant reduction in spin pumping efficiency in a platinum/yttrium iron garnet bilayer at low temperature2016

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu, Y. Ando, R. Ohshima, S. Dushenko, Y. Higuchi,T. Shinjo, H.J. von Bardeleben and M. Shiraishi
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 9 号: 5 ページ: 053002-053002

    • DOI

      10.7567/apex.9.053002

    • NAID

      210000137891

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Observation of thermal gradient in a YIG/GGG bilayer system in uniform microwave excitation2018

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu
    • 学会等名
      Internat. Sympos. Photon. and El.Sc. and Eng.&Joint Kyoto Univ-Victoria Univ of Wellington Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin-charge conversion properties in highly oriented bismuth grown on single-crystal iron2018

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima
    • 学会等名
      Internat. Sympos. Photon. and El.Sc. and Eng.&Joint Kyoto Univ-Victoria Univ of Wellington Workshop
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inverse spin Hall effect in highly oriented bismuth grown by molecular beam epitaxy2018

    • 著者名/発表者名
      M.Matsushima
    • 学会等名
      Nano Spin Conversion Science Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Induced Spin-orbit coupling in silicon thin films by bismuth doping2018

    • 著者名/発表者名
      F.Rortais
    • 学会等名
      Nano Spin Conversion Science Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Observation of thermal gradient on a YIG film excited in an ESR cavity2018

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu
    • 学会等名
      Nano Spin Conversion Science Annual Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 単結晶Biを用いたスピン流-電流変換2017

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, Y. Ando, S. Dushenko, T. Kawabe, T. Shinjo, S. Miwa, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan (JPS) 72nd Annual Meeting 2017 (Spring)
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Pt薄膜中における逆スピンホール効果のゲート電圧依存性2017

    • 著者名/発表者名
      M. Hokazono, Y. Ando, S. Dushenko, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan (JPS) 72nd Annual Meeting 2017 (Spring)
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2017-03-20
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] ESRキャビティにおけるYIG薄膜中の熱的スピン波輸送2017

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu, Y. Ando, S. Dushenko, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan (JPS) 72nd Annual Meeting 2017 (Spring)
    • 発表場所
      Osaka, Japan
    • 年月日
      2017-03-17
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Spin to charge conversion in single-crystal bismuth2017

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, Y. Ando, S. Dushenko, T. Kawabe, T. Shinjo, S. Miwa, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      “Nano Spin Conversion Science” 2017 meeting (Spring)
    • 発表場所
      Tokyo, Japan
    • 年月日
      2017-03-02
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Gate-controlled spin-charge conversion in single-layer graphene2017

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      The magnetics Society of Japan special session “The 62nd Spin Electronics Research Meeting”
    • 発表場所
      Kyoto, Japan
    • 年月日
      2017-01-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Using spin pumping to study spin transport and spin-charge conversion properties of materials2017

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      Invited Seminar at Skobeltsyn Institute of Nuclear Physics at Lomonosov Moscow State University (SINP MSU)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Studying spin transport and spin-charge conversion using dynamical spin injection2017

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      Invited Seminar at Center for Nanoscale Science and Technology at National Institute of Standards and Technology (CNST NIST)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gate-tuned inverse spin-Hall effect in Pt2017

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      Spin Conversion Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Temperature Evolution of the Electromotive Force Generated under the Spin Pumping and Ferromagnetic Resonance in CoFeB2017

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inverse spin Hall effect in highly oriented bismuth, Abstracts of 62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)2017

    • 著者名/発表者名
      M.Matsushima
    • 学会等名
      62nd Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin to charge conversion in graphene and carbon nanotube mats2017

    • 著者名/発表者名
      Y.Ando
    • 学会等名
      SPIE Nanoscience + Engineering conference on Spintronics X
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Inverse spin Hall effect in single-crystal bismuth2017

    • 著者名/発表者名
      M.Matsushima
    • 学会等名
      9th International School and Conference on Spintronics and Quantum Information Technology (SpinTECH IX)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gate voltage dependence of the inverse spin Hall effect in a platinum film2017

    • 著者名/発表者名
      M.Hokazono
    • 学会等名
      22nd Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-22)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Heat transport in a YIG thin film excited in an ESR cavity2017

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu
    • 学会等名
      The 2nd Meeting of the Kansai Branch of the Japan Society of Applied Physics (JSAP)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Gate dependence of the ISHE in a thin platinum film2017

    • 著者名/発表者名
      M. Hokazono
    • 学会等名
      The 2nd Meeting of the Kansai Branch of the Japan Society of Applied Physics (JSAP)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Inverse spin Hall effect in highly oriented bismuth2017

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima
    • 学会等名
      The 2nd Meeting of the Kansai Branch of the Japan Society of Applied Physics (JSAP)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Gate modulation of the ISHE-induced electromotive force in a platinum thin film II2017

    • 著者名/発表者名
      M. Hokazono
    • 学会等名
      The Physical Society of Japan (JPS) 73rd Annual Meeting 2017 (Autumn)
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Gate-tuning of the ISHE-induced electromotive force in a platinum ultra-thin film2017

    • 著者名/発表者名
      M. Hokazono
    • 学会等名
      Spin Conversion Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Induced spin-orbit coupling in silicon thin films by bismuth doping2017

    • 著者名/発表者名
      F. Rortais
    • 学会等名
      Spin Conversion Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Detection of spin-charge conversion in highly oriented bismuth grown by molecular beam epitaxy2017

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima
    • 学会等名
      Spin Conversion Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Observation of thermal gradient on a YIG film in an ESR cavity2017

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu
    • 学会等名
      Spin Conversion Workshop 2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Temperature dependence of the spin-charge conversion under the ferromagnetic resonance condition in the YIG/CoFeB system2017

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      The 78th the Japan Society of Applied Physics (JSAP) Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] Gate dependence of the ISHE-induced electromotive force in a thin platinum film2017

    • 著者名/発表者名
      M.Hokazono
    • 学会等名
      The 78th the Japan Society of Applied Physics (JSAP) Autumn Meeting
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 単結晶Bi における逆スピンホール効果2016

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, Y. Ando, S. Dushenko, T. Kawabe, T. Shinjo, S. Miwa, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      21st Physics and Applications of Spin-related Phenomena in Semiconductors (PASPS-21)
    • 発表場所
      Sapporo, Japan
    • 年月日
      2016-12-12
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Spin-charge Conversion in Graphene and Carbon Nanotube2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Ando, S. Dushenko, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      Booklet of Abstracts 2016 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS)
    • 発表場所
      Hawaii, USA
    • 年月日
      2016-12-05
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gate control over spin-charge conversion in single-layer graphene2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      Joint Kyoto University - Victoria University of Wellington Workshop 2016 “Science, Engineering and Applications of Electric and Electronic Materials”
    • 発表場所
      Wellington, New Zealand
    • 年月日
      2016-11-22
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-charge conversion in graphene under gate voltage application2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      Recent Progress in Spintronics of 2D Materials
    • 発表場所
      Hsinchu, Taiwan
    • 年月日
      2016-11-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Gate-Tunable Spin-Charge Conversion and a Role of Spin-Orbit Interaction in Graphene2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      Abstracts of 61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2016-11-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Investigation of spin to charge conversion at Bi/Ag interface on yttrium iron garnet2016

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, S. Dushenko, R. Ohshima, Y. Ando, T. Shinjo and M. Shiraishi
    • 学会等名
      61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2016-11-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] A role of impurity- and phonon-induced momentum scattering to spin lifetime in degenerate Si2016

    • 著者名/発表者名
      S. Lee, N. Yamashita, S. Dushenko, Y. Ando, H. Koike and M. Shiraishi
    • 学会等名
      61st Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 発表場所
      New Orleans, USA
    • 年月日
      2016-11-03
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Graphene spin-charge converter controlled by gate voltage2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko, H. Ago, K. Kawahara, T. Tsuda, S. Kuwabata, T. Takenobu, T. Shinjo, Y. Ando, M. Shiraishi
    • 学会等名
      International Workshop on Nano Spin Conversion Science & Quantum Spin Dynamics
    • 発表場所
      The University of Tokyo, Tokyo, Japan
    • 年月日
      2016-10-13
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of room-temperature spin transport and spin relaxation in highly doped n-type Germanium2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko, M. Koike, Y. Ando, T. Shinjo, M. Myronov, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      JEMS2016
    • 発表場所
      Glasgow, United Kingdom
    • 年月日
      2016-08-25
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gate voltage-controlled spin-charge conversion in single-layer graphene2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko, H. Ago, K. Kawahara, T. Tsuda, S. Kuwabata, T. Takenobu, T. Shinjo, Y. Ando, M. Shiraishi
    • 学会等名
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      2016-08-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Investigation of the inverse Rashba-Edelstein effect in Bi/Ag/YIG and Ag/Bi/YIG2016

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, S. Dushenko, R. Ohshima, Y. Ando, T. Shinjo, M. Shiraishi
    • 学会等名
      9th International Conference on Physics and Applications of Spin-Related Phenomena in Solids
    • 発表場所
      Kobe, Japan
    • 年月日
      2016-08-10
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin charge conversion in Bi/Ag/YIG and Ag/Bi/YIG2016

    • 著者名/発表者名
      M. Matsushima, S. Dushenko, R. Ohshima, Y. Ando, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      “Nano Spin Conversion Science” Workshop in Kansai for Young Researchers
    • 発表場所
      Osaka University Toyonaka Campus
    • 年月日
      2016-04-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Comparison of spin-charge-conversion efficiency between Bi and Bi85Sb152016

    • 著者名/発表者名
      R. Kumamoto, Y. Ando, S. Dushenko, T. Shinjo and M. Shiraishi
    • 学会等名
      “Nano Spin Conversion Science” Workshop in Kansai for Young Researchers
    • 発表場所
      Osaka University Toyonaka Campus
    • 年月日
      2016-04-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Negative spin Hall angle in metallic and semiconducting single-walled carbon nanotube mats2016

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu, H. Nagano, S. Dushenko, Y. Ando, T. Tsuda, S. Kuwabata, T. Takenobu, T. Tanaka, H. Kataura, T. Shinjo, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      “Nano Spin Conversion Science” Workshop in Kansai for Young Researchers
    • 発表場所
      Osaka University Toyonaka Campus
    • 年月日
      2016-04-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Temperature evolution of spin pumping efficiency in platinum/yttrium iron garnet2016

    • 著者名/発表者名
      E. Shigematsu, Y. Ando, R. Ohshima, S. Dushenko, Y. Higuchi, T. Shinjo, H. J. von Bardeleben, and M. Shiraishi
    • 学会等名
      “Nano Spin Conversion Science” Workshop in Kansai for Young Researchers
    • 発表場所
      Osaka University Toyonaka Campus
    • 年月日
      2016-04-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [学会発表] Experimental determination of spin-charge conversion mechanism in single-layer graphene2016

    • 著者名/発表者名
      S. Dushenko
    • 学会等名
      “Nano Spin Conversion Science” Workshop in Kansai for Young Researchers
    • 発表場所
      Osaka University Toyonaka Campus
    • 年月日
      2016-04-15
    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] グラフェン・スピントロニクス:スピン電荷変換を支配するのは?

    • URL

      http://www.nature.com/nnano/reshigh/2016/0616/full/nnano.2016.103.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書
  • [備考] 次世代スピントロニクス材料であるグラフェンにおいてスピンを電圧に変換する新しい機能を発見

    • URL

      http://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research/research_results/2016/160426_2.html

    • 関連する報告書
      2016 実績報告書

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公開日: 2016-05-17   更新日: 2024-03-26  

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