| 研究課題/領域番号 |
21K04871
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構 |
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研究代表者 |
針井 一哉 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 量子機能創製研究センター, 主任研究員 (00633900)
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| 研究分担者 |
李 松田 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 先端機能材料研究部, 主幹研究員 (90805649)
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| 研究期間 (年度) |
2021-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2023年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2022年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円)
2021年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | ダイヤモンドNV中心 / スピントロニクス / 2次元物質 / 2次元材料 / ダイヤモンド窒素-空孔発光中心 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁気メモリなどの次世代エレクトロニクスの基盤として期待されるスピントロニクスでは、磁気の起源である電子スピンの流れを積極的に利用する。一方、スピンの流れが短距離で散乱されるため、エレクトロニクスにおいて電流で行われている詳細な流れの解析は困難である。そこで、スピンの磁気的性質に着目し、スピンの流れが作る磁場の可視化を試みる。高感度かつ微小領域の磁場観測が可能なダイヤモンド中の窒素-空孔発光中心を用い、スピンが流れやすいグラフェン中のスピンの流れのイメージングを目指す。
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| 研究実績の概要 |
本研究は物質中を流れるスピン流を高い磁場感度を持つダイヤモンド窒素-空孔発光中心による光検出磁気共鳴で空間イメージングすることを目的とする。スピン流源には強磁性を要せず、円偏光照射によってスピン流を励起可能な遷移金属ダイカルコゲナイドを使い、スピン伝導性の高いグラフェンとのヘテロ積層膜にすることでミクロスケールのスピン伝導を実現する。グラフェン端でのスピン蓄積が作る磁場を、ヘテロ構造膜を転写した窒素-空孔中心を高濃度に含むダイヤモンド基板の光検出磁気共鳴の空間分布を通じてイメージングする。
以上の目的を実現するため、本年度はグラフェン試料の微細加工プロセスの確立および遷移金属ダイカルコゲナイドの転写法開発を行った。具体的には窒素-空孔発光中心を高濃度で含むダイヤモンドにCVD-単層グラフェンを転写したサンプルについての蛍光測定を行い、並行してグラフェン微細加工技術の高度化を図った。さらに、顕微鏡下スタンプ法によって遷移金属ダイカルコゲナイドをグラフェン上に転写する試験を行い、良好な結果を得た。しかしながら、現時点ではスピン流イメージングシグナルを得られるデバイス作成には成功していないことから、研究期間を１年間延長して試料の円偏光スピン流励起特性とスピン流空間イメージング実験の完遂を目指す。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
4: 遅れている
理由
昨年度、グラフェンのデバイス加工が可能にしたが、技術的成熟度が低く、デバイス歩留まりが悪かったため、引き続き本年度もデバイス加工技術の高度化を進める必要が生じた。一方、遷移金属ダイカルコゲナイド層についてはWS2のグラフェンデバイス上への転写試験を行い、デバイス作製上に技術的障壁がないことが確認された。しかしながら、当初想定よりグラフェンデバイスの作製に大きな遅れが生じてしまっている。
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| 今後の研究の推進方策 |
グラフェンデバイス加工技術に加えて、遷移金属ダイカルコゲナイド転写も可能になり、デバイス加工に必要な技術的障壁が解決したため、当初予定デバイスを作製してスピン伝導特性とスピン流イメージングを行う。強磁性電極を用いたスピン流測定を通じてグラフェンのスピン伝導特性を評価し、並行してWS2を転写したグラフェンに円偏光を照射してスピン流生成を行う。生成されたスピン流は電気的手法及び構築したダイヤモンドNVによるイメージングシステムで評価する
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