グラフェンへの室温高効率スピン注入実現に向けた有機分子-磁性金属界面の分光解析

• 研究課題/領域番号: 22740206
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 物性Ⅰ
• 研究機関: 独立行政法人日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 松本 吉弘 独立行政法人日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 任期付研究員 (80455287)
• 研究期間 (年度): 2010 – 2012
• 研究課題ステータス: 完了 (2012年度)
• 配分額: 4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円); 2012年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2011年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2010年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
• キーワード: 表面・界面 / グラフェン / 強磁性金属 / 界面 / 垂直磁気異方性 / X線磁気円二色性 / 分子スピントロニクス / スピントロニクス / X線吸収分光

研究概要

本研究では、原子層レベル(サブナノメートルオーダ)の分解能を有する深さ分解X 線磁気円二色性(XMCD)分光法を用いて単層グラフェンとNi(111)薄膜界面のスピン状態について分光解析を行った。Ni L 端励起XMCD 測定からは、バルク領域のNi 原子層が面内方向に磁気異方性を示す一方で、グラフェン/Ni 界面近傍のNi 原子層では面直方向に磁気異方性を変化させていることが明らかとなった。炭素K 端励起XMCD 測定からは、界面Ni の磁化状態に応する形で、グラフェンのpバンド領域に面直方向のスピン偏極が誘起されると同時に、p-d 混成軌道形成によりグラフェンのスピン-軌道相互作用が大きく増大していることが明らかとなった。本研究成果はグラフェンをベースとするスピントロニクスにおいて原子層レベルでの界面デザインの重要性示すものである。

研究成果

• [雑誌論文] High spin polarization at the Fe/C60 interface in the Fe-doped C_<60> film (2013)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, Y. Matsumoto, M. Ohtomo, S. Entani, P. V. Avramov, P. B. Sorokin, H. Naramoto
  • 雑誌名: Synth. Met. 巻: 173 ページ: 22-22
  • DOI: 10.1016/j.synthmet.2012.10.027
  • 査読あり
• [雑誌論文] Contact-induced spin polarization in graphene/h-BN/Ni Nanocomposites (2012)
  • 著者名/発表者名: P.V. Avramov, A.A. Kuzubov, S. Sakai, H. Naramoto, M. Ohtomo, S. Entani, Y. Matsumoto, P.B. Sorokin
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 112 号: 11 ページ: 114303-114303
  • DOI: 10.1063/1.4767134
  • 査読あり
• [雑誌論文] High hydrogen-adsorption-rate material based on graphene decorated with alkali metals (2012)
  • 著者名/発表者名: L.Y. Antipina, P.V. Avramov, S. Sakai, H. Naramoto, M. Ohtomo, S. Entani, Y. Matsumoto, P.B. Sorokin
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 86 号: 8 ページ: 85435-85435
  • DOI: 10.1103/physrevb.86.085435
  • 査読あり
• [雑誌論文] Intrinsic edge asymmetry in narrow zigzag hexagonal heteroatomic nanoribbons causes their subtle uniform curvature (2012)
  • 著者名/発表者名: P.V. Avramov, D.G. Fedorov, P.B. Sorokin, S. Sakai, H. Naramoto, M. Ohtomo, S. Entani, Y. Matsumoto, H. Naramoto
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 3 号: 15 ページ: 2003-2003
  • DOI: 10.1021/jz300625t
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bias voltage dependence of tunneling magnetoresistance in granular C_<60>-Co films with current-perpendicular-to-plane geometry (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, S. Mitani, Y. Matsumoto, S. Entani, P.V. Avramov, M. Ohtomo, H. Naramoto, K. Takanashi
  • 雑誌名: J. Magn. Magn. Mater 巻: 324 号: 12 ページ: 1970-1970
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2012.01.033
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quashi-monochromatic pencil beam of laser-driven protons generated using a conical cavity target holder (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Nishiuchi, A.S. Pirozhkov, H. Sakai, K. Ogura, T.Zh. Esirkepov, T. Tanimoto, M Kanasaki, A. Yogo, T. Hori, A. Sagisaka, Y. Fukuda, Y. Matsumoto, S. Entani, S. Sakai, C.M. Brenner, D. Neely, T. Yamauchi, S.V. Bulanov, K. Kondo
  • 雑誌名: Phys. Plasmas 巻: 19 号: 3 ページ: 30706-30706
  • DOI: 10.1063/1.3697843
  • 査読あり
• [雑誌論文] Precise control of single- and bi-layer graphene growths on epitaxial Ni(111) thin film (2012)
  • 著者名/発表者名: S. Entani, Y. Matsumoto, M. Ohtomo, P.V. Avramov, H. Naramoto, S. Sakai
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 111 号: 6 ページ: 64324-64324
  • DOI: 10.1063/1.3694662
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local structures and magnetic properties of Fullerene-Co systems studied by XAFS and XMCD analyses (2012)
  • 著者名/発表者名: I. Hojo, A. Koide, Y. Matsumoto, T. Maruyama, S. Nagamatsu, S. Entani, S. Sakai, T. Fujikawa
  • 雑誌名: J. Elect. Spect. Relat. Phenom. 巻: 185 ページ: 32-32
  • 査読あり
• [雑誌論文] Local structures and magnetic properties of fullerene-Co systems studied by XAFS and XMCD analyses (2012)
  • 著者名/発表者名: I.Hojo, A.koide, Y.Matsumoto, T.Maruyama, S.Nagamatsu, S.Entani, S.Sakai, Fujikawa
  • 雑誌名: Journal of Electron Spectroscopy and Related Phenomena 巻: 185 号: 1-2 ページ: 32-38
  • DOI: 10.1016/j.elspec.2011.11.001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ferromagnetic interlayer coupling in C_<60>-Co compound/Ni bilayer structure (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsumoto, S.Sakai, S.Entani, Y.Takagi, T.Nakagawa, H.Naramoto, P.Avramov, T.Yokoyama
  • 雑誌名: Chem.Phys.Lett. 巻: 511 号: 1-3 ページ: 68-72
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.05.038
  • 査読あり
• [雑誌論文] Ab initio LC-DFT study of graphene, multilayer graphene and graphite (2011)
  • 著者名/発表者名: P.V. Avramov, S. Sakai, S. Entani, Y. Matsumoto, H. Naramoto
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 巻: 508 号: 1-3 ページ: 86-86
  • DOI: 10.1016/j.cplett.2011.04.016
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface Properties of Ag and Au/Graphene Heterostructures Studied by Micro-Raman Spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: S. Entani, S. Sakai, Y. Matsumoto, T. Hao, H. Naramoto, Y. Maeda
  • 雑誌名: Jpn. J. Appl. Phys 巻: 50
  • NAID: 210000070404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of cotunneling and spin polarization on the large tunneling magnetoresistance effect in granular C_<60>-Co films (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Sakai, S.Mitani, I.Sugai, K.Takanashi, Y.Matsumoto, S.Entani, H.Naramoto, P.V.Avramov, Y.Maeda
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 83 号: 17 ページ: 174422-174422
  • DOI: 10.1103/physrevb.83.174422
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface properties of Ag and Au/graphene heterostructure studied by micro Raman spectroscopy (2011)
  • 著者名/発表者名: S.Entani, S.Sakai, Y.Matsumoto, T.Hao, H.Naramoto, Y.Maeda
  • 雑誌名: Japanese Journal of Applied Physics 巻: 50 号: 4S ページ: 04DN03-04DN03
  • DOI: 10.1143/jjap.50.04dn03
  • NAID: 210000070404
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface Properties of Metal/graphene Hetero- structures Studied by Micro-Raman Spectroscopy (2010)
  • 著者名/発表者名: S. Entani, S. Sakai, Y. Matsumoto, T. Hao, H. Naramoto, Y. Maeda
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 巻: 114 号: 47 ページ: 20042-20042
  • DOI: 10.1021/jp106188w
  • 査読あり
• [雑誌論文] Observation of intermolecular N-I interaction during the growth of a 4-cyano-4'- iodobiphenyl molecular crystal on GeS(001) (2010)
  • 著者名/発表者名: R. Sumii, M. Sakamaki, Y. Matsumoto, K. Amemiya, K. Kanai, K. Seki
  • 雑誌名: Surf. Sci. 巻: 604 号: 13-14 ページ: 1100-1100
  • DOI: 10.1016/j.susc.2010.03.020
  • 査読あり
• [雑誌論文] Composition dependence of magnetic and magnetotransport properties in C_<60>-Co granular thin films (2010)
  • 著者名/発表者名: I. Sugai, S. Sakai, Y. Matsumoto, H. Naramoto, S. Miani, K. Takanashi, Y. Maeda
  • 雑誌名: J. Appl. Phys. 巻: 108 号: 6 ページ: 693920-693920
  • DOI: 10.1063/1.3471800
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface properties of metal/graphene heterostructures studied by micro-Raman spectroscopy. (2010)
  • 著者名/発表者名: 圓谷志郎
  • 雑誌名: The Journal of Physical Chemistry C 巻: 114 ページ: 20042-20048
  • 査読あり
• [学会発表] 単層グラフェン/Ni(111)薄膜に於ける界面スピン再配列 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第60回応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学
  • 年月日: 2013-03-27
• [学会発表] 単層グラフェン/Ni(111)薄膜に於ける界面スピン再配列 (2013)
  • 著者名/発表者名: 松本 吉弘
  • 学会等名: 2013年 第60回 応用物理学会春季学術講演会
  • 発表場所: 神奈川県厚木市
• [学会発表] Electronic and magnetic states of single- and bi-layer graphene / Ni interface (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: 2nd International Conference of Asia Union of Magnetic Societies
  • 発表場所: 奈良県新公会堂
  • 年月日: 2012-10-04
• [学会発表] Depth-resolved x-ray magnetic circular dichroism spectroscopy on single layer graphene / Ni structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: 4th International Meeting on Spins in Organic Semiconductors
  • 発表場所: クイーンメリー大学, 英国
  • 年月日: 2012-09-13
• [学会発表] Depth-resolved XMCD study on single- and bi-layer graphene / Ni structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: XAFS theory workshop: XAFS theory and nanoparticles
  • 発表場所: 千葉大学
  • 年月日: 2012-07-19
• [学会発表] Depth-resolved XMCD spectroscopy on single-layer graphen / Ni(111) structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: Conference on Magnetism,
  • 発表場所: BEXCO, 韓国
  • 年月日: 2012-07-09
• [学会発表] Spin-polarized states of the CVD-grown graphene on the Ni(111) (2012)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘,
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science-6
  • 発表場所: 早稲田大学, 東京
  • 年月日: 2012-03-16
• [学会発表] Electronic and magnetic states of single- and bi-layer graphene / Ni interface (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Matsumoto
  • 学会等名: 2nd International Conference of Asia Union of Magnetic Societies (ICAUMS2012)
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] Depth-resolved x-ray magnetic circular dichroism spectroscopy on single layer graphene / Ni structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Matsumoto
  • 学会等名: 4th International Meeting on Spins in Organic Semiconductors (SpinOS2012)
  • 発表場所: London, United Kingdom
• [学会発表] Depth-resolved XMCD spectroscopy on single-layer graphen / Ni(111) structure (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Matsumoto
  • 学会等名: 19th International Conference on Magnetism (ICM2012)
  • 発表場所: Busan, Korea
• [学会発表] Depth-resolved XMCD study on single- and bi-layer graphene / Ni structures (2012)
  • 著者名/発表者名: Yoshihiro Matsumoto
  • 学会等名: XAFS theory workshop: XAFS theory and nanoparticles
  • 発表場所: Chiba, Japan
• [学会発表] 単層グラフェン/強磁性金属界面の電子・スピン状態 (2012)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘, 圓谷志郎, 大伴真名歩, アブラモフパベル, 楢本洋, 雨宮健太, 境誠司
  • 学会等名: 2012年春季第59回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 早稲田大学、東京
• [学会発表] Spin-polarized states of the CVD-grown graphene on the Ni(111) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science-6
  • 発表場所: タワーホール船堀, 東京
  • 年月日: 2011-12-14
• [学会発表] 単層・二層グラフェン/磁性金属のスピン偏極状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第35回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 新潟
  • 年月日: 2011-09-27
• [学会発表] 磁性金属上の単層・二層グラフェンの電子・スピン状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第72回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 山形大学, 山形
  • 年月日: 2011-09-01
• [学会発表] Magnetic structure of the C_<60>-Co compound layer at the interface with magnetic metal (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: 5th International Workshop on Spin Currents
  • 発表場所: 仙台国際センター, 宮城
  • 年月日: 2011-07-27
• [学会発表] X線磁気円二色性を利用したナノ炭素/磁性金属界面の元素選択的磁気状態分光 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第17回シリサイド系半導体と関連物質研究会
  • 発表場所: 明治大学駿河台校舎(東京)
  • 年月日: 2011-03-28
• [学会発表] C_<60>-Co 化合物/Ni 積層薄膜界面における磁気交換結合 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第58回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 神奈川工科大学, 神奈川
  • 年月日: 2011-03-26
• [学会発表] Spin-polarized states of the CVD-grown graphene on the Ni(111) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: 2nd ASRC International Workshop on Magnetic Materials and Nanostructures
  • 発表場所: 原子力機構先端基礎研究センター, 茨城
• [学会発表] Spin-polarized states of the CVD-grown graphene on the Ni(111) (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsumoto, S Entani, M.Ohtomo, P.V.Avramov, H.Naramoto, K.Amemiya, S.Sakai
  • 学会等名: International Symposium on Surface Science (ISSS-6)
  • 発表場所: Tower Hall Funabori, Tokyo
• [学会発表] Magnetic structure of the C_<60>-Co compound layer at the interface with magnetic meta (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Matsumoto, S Entani, M.Ohtomo, P.V.Avramov, H.Naramoto, T.Yokoyama, S.Sakai
  • 学会等名: 5th International Workshop on Spin Currents
  • 発表場所: Sendai International Center, Miyagi
• [学会発表] 磁気円二色性で探る分子・ナノ炭素-磁性金属系のスピン状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘, 圓谷志郎, 大伴真名歩, アブラモフパベル, 楢本洋, 雨宮健太, 境誠司
  • 学会等名: PF研究会「磁性薄膜・多層膜を究める:キャラクタライゼーションから新奇材料の創製へ」
  • 発表場所: 高エネ研、茨城(招待講演)
• [学会発表] 単層・二層グラフェン/磁性金属のスピン偏極状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘, 圓谷志郎, 大伴真名歩, アブラモフパベル, 楢本洋, 雨宮健太, 境誠司
  • 学会等名: 第35回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: 新潟コンベンションセンター、新潟
• [学会発表] 強磁性金属上の単層・二層グラフェン/磁性金属の電子・スピン状態 (2011)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘, 圓谷志郎, 大伴真名歩, アブラモフパベル, 楢本洋, 雨宮健太, 境誠司
  • 学会等名: 第72回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 山形大学、山形
• [学会発表] 円偏光放射光による分子スピントロニクス材料の元素選択的電子・磁気状態分光 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 2010 年秋期日本金属学会
  • 発表場所: 北海道大学工学部, 北海道
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] 円偏光放射光による分子スピントロニクス材料の元素選択的電子・磁気状態分光 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 日本金属学会
  • 発表場所: 北海道大学(北海道)
  • 年月日: 2010-09-25
• [学会発表] 磁気円二色性によるC_<60>-Co 化合物 / Ni 積層薄膜の界面磁気状態分光 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第71回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 長崎大学, 長崎
  • 年月日: 2010-09-14
• [学会発表] C_<60>-Co 化合物/Ni 積層薄膜における磁気交換結合 (2010)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘
  • 学会等名: 第34回日本磁気学会学術講演会
  • 発表場所: つくば国際会議場, 茨城
  • 年月日: 2010-09-07
• [学会発表] XMCD study of localized d spins in the C_<60>-Co compound affecting giant TMR effect in C_<60>-Co Films (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: ISSP-MDF Joint International Workshop
  • 発表場所: 東大物性研, 千葉
  • 年月日: 2010-06-03
• [学会発表] Magnetic exchange interaction in the C_<60>-Co compound / Ni layer structure (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto
  • 学会等名: 3rd Topical Meeting on Spins in Organic Semiconductors
  • 発表場所: アムステルダム, オランダ
• [備考]
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/sakai-gr/index.html
• [備考]
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/sakai-gr/index.html
• [備考]
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/MolSpintronics%20HP/index.html