| 研究課題/領域番号 |
22K04856
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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28010:ナノ構造化学関連
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| 研究機関 | 大阪大学 |
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研究代表者 |
豊木 研太郎 大阪大学, 大学院工学研究科, 助教 (90780007)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 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 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2024年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
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| キーワード | カイラリティ / 貴金属アルミナイド / Rashba-Edelstein効果 / スピン流 / 構造相変態 / カイラル結晶 / スピンカロリトロニクス |
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| 研究開始時の研究の概要 |
高効率な熱電変換のために，熱伝導に対するスイッチやダイオードと言った素子が求められている．本研究では，これらの素子に応用可能な，空間群P213に属する貴金属アルミナイドに着目する．空間群P213はカイラリティを有し，電流－スピン結合・フォノン－スピン結合に必要な対称性を満たす．しかし，左右カイラリティでその結合係数が符号反転するため，デバイス応用のためにはカイラリティの制御方法が必須となる．そこで，本研究では空間群P213に属するPtAl, Au4Al, Cu4Alに関して，薄膜系におけるカイラリティの制御方法として，既にカイラリティを有する水晶基板上での成長というアプローチで検討する．
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| 研究実績の概要 |
本研究では，カイラリティ選択的な合金薄膜の作製法の確立を目的として研究を進めている．このための手法として，カイラリティを持つ基板として水晶基板を選定し，水晶基板上での貴金属アルミナイドの成長様式に関して検討している．本年度は，特に貴金属アルミナイドのうち，Au4Al, Ag-Alに着目し，その結晶の水晶基板上および参照として石英ガラス基板上での形成過程に関して研究を進めた．
昨年度まで主に取り組んでいたAu4Alと異なり，Ag-Al系ではカイラル結晶は組成幅を持って生成する．そこで，実験的にカイラル結晶となる製膜温度および組成幅に関して検討した．その結果，薄膜においてもおおよそバルクと同程度の組成領域，温度領域でカイラル結晶が生じることがわかった．重要な点としてはラインコンパウンドであるAu4Alに比べて単相試料作製が容易であるということである．さらに，このことに対応してAu4Al系に比べて比較的良好な結晶性を持つ試料の作製も実現した．
また，カイラル結晶の生成過程として重要な相変態パスに関しても検討を行った．まず，Ag-Al系においてカイラル相に隣接する相としてFCC, HCPからの変態パスに関して幾何的に検討した．その結果，特にFCCからはねじり変位を伴う無拡散で変態可能なことがわかった．さらに，この変態パスに関してXRDを用いてその妥当性を検討した．その結果，Ag-Alのカイラル結晶形成に関してはFCCからの無拡散変態パスによって生じている可能性を示唆する結果が得られた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本研究で目的としている貴金属アルミナイド合金として，これまでにAu4Al, Ag-Alに関して検討を行った．その中で，Ag-Alにおいて良好な結晶が得られるという知見を得られた．これはカイラル結晶が安定的に存在する組成が広いことによる．また，本研究の主眼としている結晶の形成過程という観点ではFCC構造からのねじり変位を伴う変態パスが重要である可能性が明らかになったことは重要な知見である．また，従来まではAg-Al系では化学秩序は存在しないとされてきたが，本研究を進める中でAg-Al系でも化学秩序が存在し得る組成域が存在するという新しい知見を得ることが出来たと言える．
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| 今後の研究の推進方策 |
本年度までに得られた研究成果として，今後の研究方針として重要な点はAg-Al系において比較的良好な結晶性のカイラル結晶が得られるという点にある．これを基に最終年度では得られた結晶のカイラリティに関して実験的に調査することを主眼とする．
このため，スピン偏極電流がカイラリティを持つことを利用した磁気抵抗効果を用いる．具体的には，Fe/Ag-Al積層膜を作製し，Feの磁化方向に対する一方向性の磁気抵抗効果が発現することを検証し，その磁気抵抗比から試料のカイラリティ純度を判定することを考える．同時に前年度までに確立した結晶構造評価法を用いて，結晶学的評価と磁気特性評価との両面から結晶性とカイラリティ，スピン流の相関を議論していく予定である．
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