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金属酸化物スピン軌道エレクトロニクス

研究課題

研究課題/領域番号 19H00864
研究種目

基盤研究(A)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 中区分29:応用物理物性およびその関連分野
研究機関慶應義塾大学

研究代表者

安藤 和也  慶應義塾大学, 理工学部(矢上), 准教授 (30579610)

研究分担者 史 蹟  東京工業大学, 物質理工学院, 教授 (70293123)
望月 維人  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (80450419)
研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
47,190千円 (直接経費: 36,300千円、間接経費: 10,890千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2020年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2019年度: 34,840千円 (直接経費: 26,800千円、間接経費: 8,040千円)
キーワードスピン流 / スピン軌道トルク / スピントロニクス
研究開始時の研究の概要

本研究は、これまで独立に研究が進められてきた電子スピン流物理と酸化物エレクトロニクスの先端的知見を統合し、金属・半導体・絶縁体に跨がる金属酸化物スピン軌道エレクトロニクスを開拓するものである。酸化制御した金属ヘテロ構造を用いることで、広範囲の電子状態における体系的スピン流物理の構築が可能となる。本研究遂行により、バルク・ヘテロ界面を包括するスピン流伝導・スピン電荷変換を世界に先駆けて切り拓く。

研究成果の概要

スピン軌道相互作用によるスピン流生成は、スピン軌道トルクによる磁化制御をはじめとする多彩な物性・機能を生み出し、近年のスピントロニクスの基盤となっている。本研究では、スピントロニクス素子の酸化レベル制御を中心とした独自のアプローチにより、界面・バルクスピン軌道相互作用に起因するスピン流・スピン分極生成とスピン軌道トルク物性を開拓した。これにより、界面・バルクスピン軌道トルクの制御手法が明らかとなった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

スピン軌道相互作用を中心とした近年のスピントロニクスにおいて、スピン軌道トルクの物性開拓は、固体素子におけるスピン物性の本質的理解に重要な知見を与えるだけでなく、不揮発記憶素子、高周波発振素子、ニューロモルフィック素子といった様々なスピン素子構築の鍵である。今回の研究により明らかとなったスピン軌道トルクの制御原理は、界面・バルクスピン軌道相互作用に起因するスピン流・スピン分極生成に関する重要な知見を与え、スピン軌道相互作用を中心とした電子スピン物理・工学の発展に貢献するものである。

報告書

(5件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実績報告書
  • 2019 審査結果の所見   実績報告書
  • 研究成果

    (44件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (26件) (うち国際共著 5件、 査読あり 26件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (16件) (うち国際学会 5件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] Shenzhen Technology University(中国)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Tsinghua University/Shenzhen Technology University(中国)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Additive Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Pt/Co/Re films2022

    • 著者名/発表者名
      Nomura Akiyo、Gao Tenghua、Haku Satoshi、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 12 号: 1 ページ: 015215-015215

    • DOI

      10.1063/5.0077683

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Observation of the crossover between metallic and insulating regimes of the spin Hall effect2022

    • 著者名/発表者名
      Moriya Hiroyuki、Musha Akira、Haku Satoshi、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Communications Physics

      巻: 5 号: 1 ページ: 12-12

    • DOI

      10.1038/s42005-021-00791-1

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Growth of Mn4N film with enhanced perpendicular magnetization on glass substrate using MnO seed layer2022

    • 著者名/発表者名
      Li Wenchang、Tanaka Ren、Usami Takeru、Gao Tenghua、Harumoto Takashi、Nakamura Yoshio、Shi Ji
    • 雑誌名

      Materials Letters

      巻: 311 ページ: 131615-131615

    • DOI

      10.1016/j.matlet.2021.131615

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Generation and manipulation of current-induced spin-orbit torques2021

    • 著者名/発表者名
      ANDO Kazuya
    • 雑誌名

      Proceedings of the Japan Academy. Ser. B: Physical and Biological Sciences

      巻: 97 号: 9 ページ: 499-519

    • DOI

      10.2183/pjab.97.025

    • NAID

      130008115635

    • ISSN
      0386-2208, 1349-2896
    • 年月日
      2021-11-11
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin‐Orbit Torque and Interfacial Dzyaloshinskii-Moriya Interaction in Heavy Metal/Ferrimagnetic Insulator Deposited by Magnetron Sputtering2021

    • 著者名/発表者名
      Ye Zhixiang、Chen Zhiren、Chen Zehan、Jia Wei、Gao Tenghua、Liu Lin、Zheng Hongnan、Zeng Qi、Wang Qiuning、Wang Ning、Xiang Boyuan、Lin Tao、Qiu Mingxia、Li Shunpu、Shi Ji、Hou Zhipeng、Ando Kazuya、An Hongyu
    • 雑誌名

      Advanced Electronic Materials

      巻: 8 号: 1 ページ: 2100590-2100590

    • DOI

      10.1002/aelm.202100590

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Coherent-incoherent crossover of the intrinsic spin Hall effect in Pd2021

    • 著者名/発表者名
      Haku Satoshi、Moriya Hiroyuki、An Hongyu、Musha Akira、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 104 号: 17 ページ: 174403-174403

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.174403

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Crossover of the intrinsic spin Hall effect in the presence of lattice expansion2021

    • 著者名/発表者名
      Soya Nozomi、Hayashi Hiroki、Harumoto Takashi、Gao Tenghua、Haku Satoshi、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 103 号: 17 ページ: 174427-174427

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.174427

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Interfacial spin-orbit torque and spin transparency in Co/Pt bilayer2021

    • 著者名/発表者名
      Moriya Hiroyuki、Musha Akira、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Applied Physics Express

      巻: 14 号: 6 ページ: 063001-063001

    • DOI

      10.35848/1882-0786/abfeb6

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Dynamical switching of magnetic topology in microwave-driven itinerant magnet2021

    • 著者名/発表者名
      R. Eto, and M. Mochizuki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 104 号: 10 ページ: 104425-104425

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.104425

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Primitive exchange coupling in CoPt/MnN layered structures: Exchange coupling established during deposition2021

    • 著者名/発表者名
      Li Wenchang、Harumoto Takashi、Nakamura Yoshio、Shi Ji
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 538 ページ: 168331-168331

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2021.168331

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Study of spin mixing conductance of single oriented Pt in Pt/Ni81Fe19 heterostructure by spin pumping2021

    • 著者名/発表者名
      You Yunfeng、Sakimura Hiroto、Harumoto Takashi、Nakamura Yoshio、Shi Ji、Song Cheng、Pan Feng、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      AIP Advances

      巻: 11 号: 3 ページ: 035211-035211

    • DOI

      10.1063/5.0035912

    • 関連する報告書
      2020 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] Tunable spin-orbit torques and perpendicular magnetic anisotropy at oxidized Al/Co interfaces2021

    • 著者名/発表者名
      Musha Akira、Soya Nozomi、Gao Tenghua、Harumoto Takashi、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 118 号: 5 ページ: 052410-052410

    • DOI

      10.1063/5.0038931

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-orbit torques originating from the bulk and interface in Pt-based structures2021

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Hiroki、Musha Akira、Sakimura Hiroto、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 3 号: 1 ページ: 013042-013042

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.3.013042

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Truly Electroforming‐Free Memristor Based on TiO2‐CoO Phase‐Separated Oxides with Extremely High Uniformity and Low Power Consumption2020

    • 著者名/発表者名
      Wan Fuxing、Wang Qianwen、Harumoto Takashi、Gao Tenghua、Ando Kazuya、Nakamura Yoshio、Shi Ji
    • 雑誌名

      Advanced Functional Materials

      巻: 30 号: 51 ページ: 2007101-2007101

    • DOI

      10.1002/adfm.202007101

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Weak Antilocalization and Spin Hall Effect in Pt Films Doped with Molecular Spin2020

    • 著者名/発表者名
      Iwamoto Wataru、Yamamoto Takashi、Tsuchii Kaname、Tazaki Yuya、Asami Akio、Hayashi Hiroki、Einaga Yasuaki、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      ACS Applied Electronic Materials

      巻: 2 号: 7 ページ: 2098-2103

    • DOI

      10.1021/acsaelm.0c00330

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [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] Characteristic magnetic domain size in Fe with exchange-coupled antiferromagnetic NiO underlayer2020

    • 著者名/発表者名
      Sakimura Hiroto、Suzuki Masahiko、Yamauchi Yasushi、Gao Ying、Harumoto Takashi、Nakamura Yoshio、Ando Kazuya、Shi Ji
    • 雑誌名

      Applied Surface Science

      巻: 526 ページ: 146515-146515

    • DOI

      10.1016/j.apsusc.2020.146515

    • 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
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [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] Manipulation of perpendicular exchange bias and spin-orbit torques via MgO in Pt/Co/MgO films2020

    • 著者名/発表者名
      Chen Zhiren、Pan Chunjiao、Wang Ning、Qiu Mingxia、Lin Tao、Liu Jing、Li Shunpu、Han Peigang、Shi Ji、Ando Kazuya、An Hongyu
    • 雑誌名

      Journal of Magnetism and Magnetic Materials

      巻: 507 ページ: 166822-166822

    • DOI

      10.1016/j.jmmm.2020.166822

    • 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] Anomalous Hall effect at a PtOx/Co interface2019

    • 著者名/発表者名
      Hayashi Hiroki、Asami Akio、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.214415

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-orbit torque manipulated by fine-tuning of oxygen-induced orbital hybridization2019

    • 著者名/発表者名
      Kageyama Yuito、Tazaki Yuya、An Hongyu、Harumoto Takashi、Gao Tenghua、Shi Ji、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 5 号: 11

    • DOI

      10.1126/sciadv.aax4278

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Parametric spin pumping into an antiferromagnetic insulator2019

    • 著者名/発表者名
      Numata Taiki、Hayashi Hiroki、Sakimura Hiroto、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 14

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.144430

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Intrinsic spin decay length in an antiferromagnetic insulator2019

    • 著者名/発表者名
      Sakimura Hiroto、Asami Akio、Hayashi Hiroki、Harumoto Takashi、Nakamura Yoshio、Shi Ji、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 1 号: 1 ページ: 013013-013013

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.1.013013

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Extrinsic-intrinsic crossover of the spin Hall effect induced by alloying2019

    • 著者名/発表者名
      Musha Akira、Kanno Yusuke、Ando Kazuya
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 3 号: 5

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.3.054411

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Dzyaloshinskii-Moriya interaction in Pt/Co/Re films2022

    • 著者名/発表者名
      Akiyo Nomura, Tenghua Gao, Satoshi Haku, and Kazuya Ando
    • 学会等名
      APS March Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 希土類金属中のスピン軌道トルク生成効率の温度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      白怜士, 林宏樹, 安藤和也
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 強磁性金属/酸化物界面における異常ホール効果2022

    • 著者名/発表者名
      林宏樹, 安藤和也
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Ni81Fe19/AlOx/SrTiO3積層構造におけるスピン輸送の温度依存性2022

    • 著者名/発表者名
      曽家希美, 片瀬貴義, 安藤和也
    • 学会等名
      日本物理学会第77回年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Spin-orbit torque measurement based on magneto-optical Kerr effect and spin torque ferromagnetic resonance in heavy-metal/ferromagnetic-metal bilayers2021

    • 著者名/発表者名
      Wataru Iwamoto and Kazuya Ando
    • 学会等名
      Sino-Japan Young Scholar Forum on Advanced Materials and Related Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Spin transport in AlOx/SrTiO3 heterostructure2021

    • 著者名/発表者名
      Nozomi Soya, Takayoshi Katase, and Kazuya Ando
    • 学会等名
      Sino-Japan Young Scholar Forum on Advanced Materials and Related Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Observation of the crossover between metallic and insulating regimes of the spin Hall effect2021

    • 著者名/発表者名
      Hiroyuki Moriya, Akira Musha, Satoshi Haku, and Kazuya Ando
    • 学会等名
      Sino-Japan Young Scholar Forum on Advanced Materials and Related Technologies
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] スピントロニクス素子における電流誘起トルク2021

    • 著者名/発表者名
      安藤和也
    • 学会等名
      第76回日本物理学会年次大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 強磁性金属/Pt構造におけるスピン軌道トルクの起源2020

    • 著者名/発表者名
      林宏樹, 武者輝, 崎村広人, 安藤和也
    • 学会等名
      日本物理学会2020年秋季大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] Current-induced torques generated by metal oxides2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Ando
    • 学会等名
      SPIE
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spin-orbit torques in metal-based heterostructures2020

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Ando
    • 学会等名
      New Perspective in Spin Conversion Science
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 金属ヘテロ構造におけるスピン軌道トルク2019

    • 著者名/発表者名
      安藤和也
    • 学会等名
      応用物理学会スピントロニクス研究会・磁気学会スピントロニクス研究会 共催研究会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spin-orbitronics in metal-based heterostructures2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Ando
    • 学会等名
      Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Metal-oxide spin-orbitronics2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuya Ando
    • 学会等名
      SPIE
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Semi-metallic bulk generated spin-orbit torque in disordered topological insulator2019

    • 著者名/発表者名
      Tenghua Gao and Kazuya Ando
    • 学会等名
      Materials Research Meeting 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] Surface Rashba-Edelstein spin-orbit torque tuned by organic monolayer2019

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Haku, Akira Musha, Hiroyasu Nakayama, and Kazuya Ando
    • 学会等名
      第80回応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-04-18   更新日: 2023-01-30  

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