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イオン液体を用いた酸化物スピントロニクスの研究

研究課題

研究課題/領域番号 18J20780
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
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

白 怜士  慶應義塾大学, 理工学研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2018-04-25 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2018年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードスピントロニクス / スピン軌道トルク / スピンHall効果 / Rashba電子系 / イオン液体
研究実績の概要

本研究の目的は,電流から常磁性金属中のスピン軌道相互作用を介して磁化に与えられるスピン軌道トルクの生成メカニズムの解明であり,特に酸素や炭素などの軽元素が常磁性体金属中のスピン軌道トルク生成に与える影響を調べることであった.スピン軌道トルクはスピントロニクス分野において物理的にも興味深い現象なだけでなく,工学的な応用として磁気メモリ素子の磁化操作の技術としても注目されており,この研究によって省エネルギーデバイスへの寄与が期待される.
本研究の実績として以下の3つが挙げられる.1つ目に,常磁性体と強磁性体の界面における酸化物がスピントルク生成に与える影響も調べ,酸化物の種類によってその影響が顕著に異なることを明らかにした.強磁性体としてCo及びNiFeを選択し,それぞれの表面を大気暴露させることで酸化させた上にPtを成膜してデバイスを作製した.Coでは界面のスピン軌道相互作用が支配的である一方で,NiFeでは界面のスピン透過率が重要な役割を担っていることを明らかにした.2つ目として酸素を導入したPd薄膜におけるスピン軌道トルク生成の定量を通して,電流-スピン流変換において重要なスピンHall効果の不純物に対する振る舞いを系統的に調べた.これによりPd中のスピンHall効果を律速する緩和メカニズムに関して,酸素導入によるPd中の緩和時間の減少に伴ってバンド間励起が支配的な領域から伝導中の散乱が支配的な領域へのクロスオーバーを観測した.さらに3つ目として,イオン分子で構成される液体の塩であり固体絶縁体と比較して大きい誘電率をもつイオン液体を用いて強磁性体金属をエッチングし厚さを薄くすることで,単一の試料でスピン軌道トルク生成効率の強磁性体膜厚依存性を測定する方法を確立した.この方法によって試料間の誤差を考慮せずに,電流-スピン流変換現象の定量を可能にした.

現在までの達成度 (段落)

令和2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

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 2018 実績報告書
  • 研究成果

    (8件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件) 学会発表 (4件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] Role of interfacial oxidation in the generation of spin-orbit torques2020

    • 著者名/発表者名
      Haku Satoshi、Musha Akira、Gao Tenghua、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 2 ページ: 024405-024405

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.024405

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin‐Torque Manipulation for Hydrogen Sensing2020

    • 著者名/発表者名
      An Hongyu、Haku Satoshi、Kageyama Yuito、Musha Akira、Tazaki Yuya、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 30 号: 30 ページ: 2002897-2002897

    • DOI

      10.1002/adfm.202002897

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spin-torque ferromagnetic resonance in electrochemically etched metallic device2020

    • 著者名/発表者名
      Suzuki Ryuki、Haku Satoshi、Hayashi Hiroki、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 13 号: 4 ページ: 043007-043007

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ab8347

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Surface Rashba-Edelstein Spin-Orbit Torque Revealed by Molecular Self-Assembly2020

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Haku、Atsushi Ishikawa、Akira Musha、Hiroyasu Nakayama、Takashi Yamamoto、Kazuya Ando
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 13 号: 4 ページ: 044069-044069

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.13.044069

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Surface Rashba-Edelstein Spin-Orbit Torque tuned by organic monolayer2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Haku
    • 学会等名
      秋季応用物理学会2019 北海道大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Current-induced Spin-orbit torque of Pd/Ni81Fe19 Layers2019

    • 著者名/発表者名
      白怜士
    • 学会等名
      平成30年度スピン変換年次報告会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] Spin-orbit torque generated by Pd oxides2019

    • 著者名/発表者名
      白怜士
    • 学会等名
      APS March Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 酸化誘起界面スピン軌道トルク2018

    • 著者名/発表者名
      白怜士
    • 学会等名
      第4回新学術領域研究 ナノスピン変換科学
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書

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公開日: 2018-05-01   更新日: 2024-03-26  

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