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有機半導体におけるスピン流の直接観測に向けた二重磁気共鳴計測手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K22172
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分32:物理化学、機能物性化学およびその関連分野
研究機関大阪市立大学

研究代表者

鐘本 勝一  大阪市立大学, 大学院理学研究科, 准教授 (40336756)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
2021年度: 1,170千円 (直接経費: 900千円、間接経費: 270千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2019年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードスピン流 / 磁気共鳴 / 二重共鳴 / 逆スピンホール効果 / 強磁性共鳴 / 有機半導体
研究開始時の研究の概要

↑と↓のスピンが分極した状態が空間伝播することを意味する“スピン流”の研究が注目されている。本研究では、小さいスピン軌道相互作用によりスピン流伝播が有利と期待されている有機半導体に対して、直接スピン分極状態の姿を捉えるための二重磁気共鳴型スピン流観測システムを新規に構築し、有機素子におけるスピン流発生の証拠を直接示す。

研究成果の概要

強磁性電極をXバンドの強磁性共鳴でスピンポンピングしてスピン流を発生させ、伝播後のスピン分極の蓄積状態を、Xバンドとは異なる共鳴周波数でアンテナから直接励起できるポンププローブ型二重磁気共鳴スピン流観測のシステムを構築した。そのアンテナからのマイクロ波励起が実際に行えることを確認した。強磁性電極1/常磁性層/強磁性電極2の素子にて、Xバンドのマイクロ波とアンテナからのマイクロ波が干渉せず、二重共鳴実験が可能であることが確認できた。

研究成果の学術的意義や社会的意義

近年スピン分極状態の空間伝播を意味する“スピン流”に関する研究が注目されているが、その伝播を直接観測することは難しかった。この研究では、そのスピン流を発生させるマイクロ波照射システムと、スピン流の到達を検出できるマイクロ波吸収観測システムを組み合わせ、スピン流の伝達を評価できる計測系の構築に取り組み、実際に両方のマイクロ波が干渉せず、実験が行えることを確認できた。今後スピン流物性の検証に活用できる。

報告書

(4件)
  • 2021 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2020 実施状況報告書
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2022 2021 2020 2019

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件) 産業財産権 (1件)

  • [雑誌論文] Power-Dependent Characteristics of Spin Current Transfer in Metal Bilayer Devices under High-Power Pulse Excitation2022

    • 著者名/発表者名
      Kenta Nakahashi, Kohei Takaishi, Takayuki Suzuki, Katsuichi Kanemoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Materials & Interfaces

      巻: 14 号: 18 ページ: 21217-21223

    • DOI

      10.1021/acsami.2c03418

    • URL

      https://ocu-omu.repo.nii.ac.jp/records/2019585

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Quantifying Power Flow Processes Mediated by Spin Currents2021

    • 著者名/発表者名
      Kenta Nakahashi, Kohei Takaishi, Takayuki Suzuki, Katsuichi Kanemoto
    • 雑誌名

      ACS Applied Electronic Materials

      巻: 3 号: 4 ページ: 1663-1670

    • DOI

      10.1021/acsaelm.0c01138

    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 有機半導体素子に対するEDMRおよびODMR2020

    • 著者名/発表者名
      鐘本 勝一, 鈴木 貴之
    • 雑誌名

      応用物理

      巻: 89 号: 1 ページ: 25-29

    • DOI

      10.11470/oubutsu.89.1_25

    • NAID

      130007783775

    • ISSN
      0369-8009, 2188-2290
    • 年月日
      2020-01-10
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electron-Hole Pairs Generated in the Crystalline Phase of Polymer Diodes Studied by Electrically Detected Magnetic Resonance Techniques2019

    • 著者名/発表者名
      Kousuke Iwamoto, Yuto Hayakawa, Shuto Hatanaka, Takayuki Suzuki, and Katsuichi Kanemoto
    • 雑誌名

      Journal of Physical Chemistry C

      巻: 123 号: 43 ページ: 26116-26123

    • DOI

      10.1021/acs.jpcc.9b07796

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] 磁気共鳴による強磁性金属/有機導体界面相互作用の検証2021

    • 著者名/発表者名
      髙石晃平, 鐘本勝一, 鈴木貴之
    • 学会等名
      日本物理学会・2021年秋季大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Quantifying Power Flow Processes Mediated by Spin Currents in Metal Bilayer Devices2021

    • 著者名/発表者名
      Katsuichi Kanemoto
    • 学会等名
      ISMAR APNMR NMRSJ SEST 2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 強磁性金属/有機導体界面におけるスピン伝達2020

    • 著者名/発表者名
      高石晃平, 鐘本勝一, 鈴木貴之
    • 学会等名
      電子スピンサイエンス学会2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書
  • [学会発表] 高強度μ波パルス照射下における逆スピンホール効果2020

    • 著者名/発表者名
      鐘本勝一, 中橋健太, 鈴木貴之
    • 学会等名
      日本物理学会第75回年次大会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 有機半導体素子における磁場効果と磁気キャパシタンス2019

    • 著者名/発表者名
      鐘本勝一
    • 学会等名
      日本磁気学会第224回研究会 磁気キャパシタンス効果の新展開
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Origin of Electrically-Detected Magnetic Resonance Signals in Organic Semiconductor Diodes2019

    • 著者名/発表者名
      Katsuichi Kanemoto, Kousuke Iwamoto, Shuto Hatanaka, Takayuki Suzuki
    • 学会等名
      13th Japanese-Russian International Workshop on Open Shell Compounds and Molecular Spin Devices
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 高強度マイクロ波パルス照射下における逆スピンホール効果2019

    • 著者名/発表者名
      中橋 健太, 鐘本 勝一, 鈴木 貴之
    • 学会等名
      応用物理学会 2019年秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [学会発表] 高強度マイクロ波パルス照射下における逆スピンホール効果2019

    • 著者名/発表者名
      鐘本勝一, 中橋健太, 鈴木貴之
    • 学会等名
      電子スピンサイエンス学会年会2019
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
  • [産業財産権] スピン流デバイス測定システム及びスピン流デバイス測定方法2020

    • 発明者名
      鐘本勝一、鈴木貴之
    • 権利者名
      日本電子株式会社
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2020-142653
    • 出願年月日
      2020
    • 関連する報告書
      2020 実施状況報告書

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2023-01-30  

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