スピン-軌道相互作用を用いた強相関界面制御

• 研究課題/領域番号: 17H02791
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 薄膜・表面界面物性
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 松野 丈夫 大阪大学, 理学研究科, 教授 (00443028)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2021-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 18,070千円 (直接経費: 13,900千円、間接経費: 4,170千円); 2020年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2019年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円); 2018年度: 2,990千円 (直接経費: 2,300千円、間接経費: 690千円); 2017年度: 9,360千円 (直接経費: 7,200千円、間接経費: 2,160千円)
• キーワード: スピン・軌道相互作用 / 5d電子系 / スピントロニクス / イリジウム酸化物 / パルスレーザー堆積法

研究成果の概要

イリジウム酸化物と強磁性体との界面において、異常ホール効果とトポロジカルホール効果が電界で制御できること、イリジウム酸化物がスピンホール効果に起因する高いスピン軌道トルク生成効率を示しその効率が白金やタンタルと同程度であること、の二点を実験的に示した。これらの磁気輸送特性・スピン流輸送特性において、イリジウム酸化物中の5d電子が持つ強いスピン-軌道相互作用が本質的な役割を果たすことが明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

イリジウム酸化物を含む5d電子系の持つ興味深い基礎物性は広く研究の対象となっている一方で、その電子材料としてのポテンシャルは注目されてこなかった。本研究で明らかとなった異常ホール効果、トポロジカルホール効果、スピンホール効果などの輸送特性は5d電子が持つ強いスピン-軌道相互作用の学理が持つ重要性を示すとともに、磁化、スキルミオン、スピン流などを用いたデバイス応用の可能性を示しており、新電子材料としての5d電子系を提示している。

研究成果

• [雑誌論文] Spin-orbit torque generation in NiFe/IrO2 bilayers (2020)
  • 著者名/発表者名: Ueda Kohei、Moriuchi Naoki、Fukushima Kenta、Kida Takanori、Hagiwara Masayuki、Matsuno Jobu
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 号: 13 ページ: 134432-134432
  • DOI: 10.1103/physrevb.102.134432
  • 査読あり
• [雑誌論文] 強いスピン-軌道相互作用を持つ酸化物界面 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 雑誌名: 生産と技術 巻: 71 ページ: 53-58
  • NAID: 40021772457
• [雑誌論文] Electric-field control of anomalous and topological Hall effects in oxide bilayer thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohuchi, J. Matsuno, N. Ogawa, Y. Kozuka, M. Uchida, Y. Tokura, and M. Kawasaki
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 9 号: 1 ページ: 213-213
  • DOI: 10.1038/s41467-017-02629-3
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] All-in-all-out magnetic domain inversion in Tb2Ir2O7 with molecular fields antiparallel to external fields (2018)
  • 著者名/発表者名: Fujita T. C.、Kozuka Y.、Matsuno J.、Uchida M.、Tsukazaki A.、Arima T.、Kawasaki M.
  • 雑誌名: Physical Review Materials 巻: 2 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevmaterials.2.011402
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Visualizing ferroic domains in an all-in?all-out antiferromagnet thin film (2017)
  • 著者名/発表者名: Kozuka Y.、Fujita T. C.、Uchida M.、Nojima T.、Tsukazaki A.、Matsuno J.、Arima T.、Kawasaki M.
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 96 号: 22
  • DOI: 10.1103/physrevb.96.224417
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5d電子系酸化物界面におけるスピン依存伝導 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 雑誌名: 表面科学 巻: 38 ページ: 614-619
  • NAID: 130006262567
  • 査読あり
• [雑誌論文] スピンの実空間トポロジーが生む新たな輸送現象：トポロジカルホール効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫，川﨑 雅司
  • 雑誌名: パリティ 巻: 33 ページ: 32-33
• [学会発表] Ni81Fe19/IrO2界面から誘起されるスピン軌道トルク (2021)
  • 著者名/発表者名: 上田浩平, 森内直輝, 福島健太, 木田 孝則, 萩原 政幸, 松野丈夫
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] SrIrO3/CoFeB界面における電流-スピン流変換効率 (2021)
  • 著者名/発表者名: 堀惣介, 上田浩平, 松野丈夫
  • 学会等名: 第68回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] 強いスピン-軌道相互作用を持つIrO2のスピン軌道トルク (2020)
  • 著者名/発表者名: 上田浩平, 森内直輝, 福島健太, 木田 孝則, 萩原 政幸, 松野丈夫
  • 学会等名: スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク拠点2020年度年次報告会
  • 招待講演
• [学会発表] Emergent Phenomena at Oxide Interfaces with Strong Spin-Orbit Coupling (2020)
  • 著者名/発表者名: Jobu Matsuno
  • 学会等名: 2020 MRS Spring/Fall Meeting
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 2層膜Ni81Fe19/IrO2におけるスピン軌道トルク生成 (2020)
  • 著者名/発表者名: 上田 浩平, 森内 直輝, 福島 健太, 木田 孝則, 萩原 政幸, 松野丈夫
  • 学会等名: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] Emergent phases at oxide interfaces with strong spin-orbit coupling (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: Oxide Superspin 2019 Workshop
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] 5d電子系界面におけるスピン流特性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 令和元年度東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会「固体素子における非平衡ダイナミクスの精緻な理解と機能開拓」
• [学会発表] Y3Fe5O12/IrO2界面におけるスピン流物性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 福島 健太, 森内 直輝, 木田 孝則, 萩原 政幸, 上田 浩平, 松野 丈夫
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] NiFe/IrO2界面における電流-スピン流変換効率 (2019)
  • 著者名/発表者名: 森内 直輝, 福島 健太, 木田 孝則, 萩原 政幸, 上田 浩平, 松野 丈夫
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] エピタキシャル酸化物界面におけるスピン流の検出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 寺林 真輝、関 真一郎、高木 里奈、中村 優男、川﨑 雅司、石橋 幸治、齋藤 智彦、松野 丈夫
  • 学会等名: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Spin-orbitronics at transition-metal oxide interfaces (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: 16th RIEC International Workshop on Spintronics
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxide spintronics utilizing spin-orbit coupling (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: 19th Japan-Korea-Taiwan Symposium on Strongly Correlated Electron Systems (JKT19)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Magnetic proximity effect at oxide interfaces with strong spin-orbit coupling (2019)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: 8th Indo-Japan Seminar: Designing Emergent Materials
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Transport phenomena in heterostructures of strong spin-orbit interaction oxides (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: 14th International Ceramics Congress (CIMTEC 2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxide spintronics utilizing spin-orbit coupling (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: Topological and Correlated Electronic Materials (ToCoTronics2018)
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric-field control of anomalous and topological Hall effects in oxide bilayer thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: SPIE (Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers) Nanoscience + Engineering
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Oxide spin-orbitronics (2018)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: 第42回日本磁気学会学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] 5d電子系酸化物の界面とスピントロニクス (2018)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 平成30年度東北大学電気通信研究所共同プロジェクト研究会「電荷とスピンの制御に基づく精密物性科学の構築とデバイス応用」
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物界面におけるDM相互作用とスキルミオン (2018)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 日本磁気学会・第67回スピンエレクトロニクス専門研究会
  • 招待講演
• [学会発表] Anomalous Hall effect in perovskite cobalt oxide thin films (2018)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohuchi, J. Matsuno, Y. Kozuka, M. Uchida, M. Kawasaki
  • 学会等名: APS March Meeting 2018
  • 国際学会
• [学会発表] スピン‐軌道相互作用・電子相関・トポロジーの三重点 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 東北大学金属材料研究所共同利用・共同研究ワークショップ「物性物理分野における協働展開」
  • 招待講演
• [学会発表] 非磁性イリジウム酸化物を用いたスピントロニクス (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 日本学術振興会先進セラミックス第124 委員会研究会「電子・スピン・フォトン機能と情報分野に関わるマテリアル開発」
  • 招待講演
• [学会発表] CEMS Symposium on Trends in Condensed Matter Physics (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: Magnetic proximity effect at epitaxial oxide interfaces
  • 国際学会
• [学会発表] トポロジーに由来する界面磁気輸送現象 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 平成29年度東北大学電気通信研究所 共同プロジェクト研究会「電荷とスピンの制御に基づく精密物性科学の構築とデバイス応用」
  • 招待講演
• [学会発表] 酸化物エピタキシャル界面における磁気近接効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫，大内 祐貴，鈴木 基寛，是常 隆，有田 亮太郎，小塚 裕介，打田 正輝，有馬 孝尚，十倉 好紀，川﨑 雅司
  • 学会等名: 日本物理学会2017年秋季大会
• [学会発表] SrCoO3薄膜における異常ホール効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 大内 祐貴，松野 丈夫，小塚 裕介，打田 正輝，川﨑 雅司
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Observation of antiparallel Ru-Ir spins in SrRuO3-SrIrO3 heterointerface (2017)
  • 著者名/発表者名: Y. Ohuchi, J. Matsuno, M. Suzuki, T. Koretsune, R. Arita, Y. Kozuka, M. Uchida, T. Arima, Y. Tokura, M. Kawasaki,
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] Oxide spintronics: how to tame spin-orbit coupling (2017)
  • 著者名/発表者名: J. Matsuno
  • 学会等名: International Union of Materials Research Societies - International Conference on Advanced Materials 2017
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] スピン‐軌道相互作用を用いたスピンの制御・活用 ―イリジウム酸化物を含む界面現象― (2017)
  • 著者名/発表者名: 松野 丈夫
  • 学会等名: 日本磁気学会・第75回ナノマグネティクス専門研究会
  • 招待講演
• [備考]
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2018/20180115_1/