| 研究課題/領域番号 |
19H01850
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 電気通信大学 |
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研究代表者 |
伏屋 雄紀 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (00377954)
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| 研究分担者 |
白石 誠司 京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
徳永 将史 東京大学, 物性研究所, 准教授 (50300885)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2021年度)
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| 配分額 *注記 |
17,810千円 (直接経費: 13,700千円、間接経費: 4,110千円)
2021年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2020年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円)
2019年度: 10,530千円 (直接経費: 8,100千円、間接経費: 2,430千円)
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| キーワード | スピン軌道結合 / 磁気モーメント / スピンホール効果 / スピン変換 / 磁気抵抗 / ランダウ量子化 / スピン分解量子振動 / スピン応答 / スピン緩和長 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
物質中の相対論効果（スピン軌道結合）を利用すれば，磁石のミクロな起源である磁気モーメントを通常より500倍以上も大きくできると予想されている．しかし現状では，磁気モーメントの詳しい起源が解明されていないために，物質ごとに異なる劇的応答を制御できていない．
我々は，相対論効果が磁気モーメントに及ぼす影響を明らかにすることで，制御への道が拓けると考えた．本研究では，独自に開発した量子振動と弱局在の解析法を駆使し，劇的スピン応答の制御法の確立を目指す．確立された制御法は，高速磁気メモリー開発など，巨大スピン応答を得るためのデバイス設計に応用できる．
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| 研究成果の概要 |
（１）強スピン軌道結合系の典型物質の一つであるPbTeにおいて，スピン分裂変数Mzcで特徴付けられるスピン状態を明らかにした．計算には，代表者が独自に開発した磁場中固体電子の量子化されたエネルギーを正確に計算する手法「π-matrix法」を用いた．従来は，Mzcは磁場に依存しないと考えられていたが，スピン軌道結合が強い場合，大きく磁場に依存することを初めて見出した．
（２）もう一つの典型物質Biにおいて，非常に大きなスピン－電荷変換効率（スピンホール角θsh=0.24）を達成した．さらにこの大きなスピン変換を「非常に大きな値」と「ほぼゼロ」の間で劇的に制御することにも成功した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
結晶中の相対論効果（スピン軌道結合）と，それにより変化する磁気モーメントは，非磁性の半金属・半導体でスピン応答の核となる．しかし，磁気モーメントが具体的にどのように変わるかについては，まだ詳細が分かっていない．本研究では，スピン軌道結合の強い物質の磁気モーメントを理論・実験両面で詳細に調べ，その知見を元に劇的にスピン応答を制御することに成功した．このことは，従来考慮されてこなかった，磁気モーメントの特殊な性質を活かした，劇的なスピン応答が可能であることを強く示唆するもので，本研究により，新しいスピントロニクスの方向性が示された．
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