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強スピン軌道相互作用酸化物薄膜を基盤とするグラデーションスピントロニクスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 22K14595
研究種目

若手研究

配分区分基金
審査区分 小区分29020:薄膜および表面界面物性関連
研究機関東北大学

研究代表者

神永 健一  東北大学, 工学研究科, 助教 (50831301)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
2023年度: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)
2022年度: 1,820千円 (直接経費: 1,400千円、間接経費: 420千円)
キーワードスピントロニクス / パルスレーザー堆積法 / PLD / 酸化物 / 超伝導 / パルスレーザ堆積法 / LSMO / スピン軌道相互作用 / ペロブスカイト / 酸化物エレクロニクス / 薄膜
研究開始時の研究の概要

本研究ではYbOまたは重元素ドープしたペロブスカイト酸化物薄膜を新たなスピン流検出電極として提案し、強磁性絶縁体のEuOとのヘテロ構造において既存材料以上のスピン流/電流変換効率を発現できるかを検証する。並行して、組成比を膜厚方向で連続的に変化させた傾斜組成ヘテロ界面をもつYbO/EuOグラデーション構造について従来のヘテロ構造と性能比較することで、申請者発案の傾斜組成材料とスピントロニクスを融合した「グラデーションスピントロニクス」を実証し新分野創出を試みる。

研究成果の概要

本研究では、強スピン軌道相互作用酸化物薄膜を利用し、強磁性絶縁体とのヘテロ構造におけるスピン流/電流変換効率を評価することを目的とする。重元素ドープしたペロブスカイト型マンガン酸化物La1-xSrxMnO3(LSMO)に着目し、LSMOとRu:LSMOを用いて傾斜組成ヘテロ界面を持つグラデーション構造と均一組成のヘテロ構造を比較することで研究を進めた。本研究の過程で、本来の研究目的からは大きく逸脱するが、Ir:LSMO薄膜ではIr置換濃度を変化させることでIr~10%で最大Tc = 125 Kに達する超伝導的挙動を発現することがわかった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

LSMO薄膜は強磁性ハーフメタルで、Ptなどの電極層と組み合わせてスピントロニクスデバイスに使われている。Ru:LSMO薄膜にも同様の応用が期待されるが、傾斜組成構造とスピントロニクスの融合研究は新規である。ガルバノミラー走査型PLD装置を使えば、連続的な組成傾斜を作り出せ、磁気モーメントのスピントランスファートルクが増大し、均一組成薄膜よりもスピン特性が向上する可能性が高い。本研究は、この相関を明らかにし、LSMOなどをベースにした新たな分野「グラデーションスピントロニクス」の開拓するうえでの基礎学理の構築に貢献できたことが本研究の学術的意義と考えられる。

報告書

(3件)
  • 2023 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実施状況報告書
  • 研究成果

    (27件)

すべて 2024 2023 2022 その他

すべて 雑誌論文 (5件) (うち査読あり 5件) 学会発表 (21件) (うち国際学会 6件、 招待講演 2件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Infrared laser deposition of high-quality CsBH4 epitaxial thin films stable under atmospheric conditions2024

    • 著者名/発表者名
      Murakami Hibiki、Kaminaga Kenichi、Kimura Rintaro、Maruyama Shingo、Matsumoto Yuji
    • 雑誌名

      Japanese Journal of Applied Physics

      巻: 63 号: 2 ページ: 020905-020905

    • DOI

      10.35848/1347-4065/ad2623

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] NaCl flux growth of non-polar m-plane ZnO epitaxial thin film on c-plane sapphire substrate2024

    • 著者名/発表者名
      Kuroda Kouki、Kaminaga Kenichi、Tobe Takuto、Maruyama Shingo、Matsumoto Yuji
    • 雑誌名

      Thin Solid Films

      巻: 788 ページ: 140169-140169

    • DOI

      10.1016/j.tsf.2023.140169

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Rocksalt CeO epitaxial thin film as a heavy-fermion system transiting from p-type metal to partially compensated n-type metal by 4f delocalization2022

    • 著者名/発表者名
      Abe Nobuto、Oka Daichi、Kaminaga Kenichi、Shiga Daisuke、Saito Daichi、Yamamoto Taku、Kimura Noriaki、Kumigashira Hiroshi、Fukumura Tomoteru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 号: 12 ページ: 125106-125106

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.125106

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of band-gap graded structures artificially implemented in Mg-ZnO epitaxial films on photoelectrochemical properties2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Yuta、Kaminaga Kenichi、Takahashi Ryota、Maruyama Shingo、Matsumoto Yuji
    • 雑誌名

      Catalysis Science & Technology

      巻: 12 号: 21 ページ: 6458-6464

    • DOI

      10.1039/d2cy01178f

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] A high-TC heavy rare earth monoxide semiconductor TbO with a more than half-filled 4f orbital2022

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Satoshi、Oka Daichi、Kaminaga Kenichi、Saito Daichi、Yamamoto Taku、Abe Nobuto、Shimizu Hirokazu、Fukumura Tomoteru
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 51 号: 43 ページ: 16648-16652

    • DOI

      10.1039/d2dt02710k

    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Possible Superconducting State in Ir-doped Perovskite Manganese Oxides2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kaminaga , Yuji Matsumoto , Shingo Maruyama
    • 学会等名
      MRM2023/IUMRS-ICA2023
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Electrical transport properties of rock-salt structured Nb(O, N) epitaxial thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Yasumichi Cho , Kenichi Kaminaga , Shingo Maruyama , Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Compositionally-graded epitaxial thin films of La-doped LiCoO2 for lithium-ion secondary batteries2023

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kaminaga , Kanta Suzuki , Daigo Nanasawa , Shintaro Yasui , Shingo Maruyama , Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Magnetization of compositionally-graded Ru-substituted LSMO epitaxial thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Gaku Sato , Kenichi Kaminaga , Hiroshi Naganuma , Shingo Maruyama , Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      日本表面真空学会学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] [分科内招待講演] Ir置換ペロブスカイトマンガン酸化物における高温超伝導の可能性2023

    • 著者名/発表者名
      神永 健一 , 丸山 伸伍 , 松本 祐司
    • 学会等名
      第84回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 水蒸気暴露によるNaBH4薄膜の可逆的な固液形態変化の制御2023

    • 著者名/発表者名
      佐藤 匠 , 神永 健一 , 丸山 伸伍 , 松本 祐司
    • 学会等名
      第84回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 岩塩型NbO薄膜における格子歪制御による超伝導の発現2023

    • 著者名/発表者名
      木村 凜太郎 , 神永 健一 , 丸山 伸伍 , 松本 祐司
    • 学会等名
      第84回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 傾斜組成 La ドープLiCoO2エピタキシャル薄膜の電池特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      神永 健一 , 鈴木貫太 , 七澤太梧 , 安井伸太郎 , 丸山伸伍 , 松本祐司
    • 学会等名
      第32回傾斜機能材料シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] Humidity control of reversible change of solid-liquid form in NaBH4 thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Takumi Sato, Kenichi Kaminaga, Shingo Maruyama, Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetization of compositionally-graded Ru-substituted LSMO epitaxial thin films2023

    • 著者名/発表者名
      Gaku Sato, Kenichi Kaminaga, Hiroshi Naganuma, Shingo Maruyama, Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      International Symposium for the 80th Anniversary of the Tohoku Branch of the Chemical Society of Japan
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 岩塩型 NbO 薄膜の格子緩和がもたらす超伝導の発現2023

    • 著者名/発表者名
      木村 凜太郎, 長 泰亨, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 岩塩型 Nb(O, N)エピタキシャル薄膜の電気輸送特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      長 泰亨, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 3 元系リチウムイオン電池正極材の傾斜組成エピタキシャル薄膜の作製と評価2023

    • 著者名/発表者名
      戸部 匠人, 神永 健一, 武井 奏介, 安井 伸太郎, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 傾斜組成構造を有する La ドープ LiCoO2エピタキシャル薄膜の作製と電池特性評価2023

    • 著者名/発表者名
      神永 健一, 鈴木 貫太, 七澤 太梧, 安井 伸太郎, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      公益社団法人日本セラミックス協会 第36回秋季シンポジウム
    • 関連する報告書
      2023 実績報告書
  • [学会発表] 化学ボロフェン無機液晶に向けた 高結晶性KBH4エピタキシャル薄膜の作製2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木 啓太, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第70回 応用物理学会春季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 擬岩塩型NbNエピタキシャル薄膜の超伝導2022

    • 著者名/発表者名
      長 泰亨, 木村 凛太郎, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 擬岩塩型Nb3O3エピタキシャル薄膜の超伝導2022

    • 著者名/発表者名
      木村 凜太郎, 長 泰亨, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] 傾斜組成Ru置換(La,Sr)MnO3エピタキシャル薄膜の磁性2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤 岳, 神永 健一, 永沼 博, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
  • [学会発表] A possible Mott insulator with high electron mobility: Rock-salt structured NbO epitaxial thin film2022

    • 著者名/発表者名
      Rintaro Kimura, Kenichi Kaminaga, Shingo Maruyama, Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetization singularity in the composition of substitutional Ir atoms in LSMO epitaxial films2022

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kaminaga, Hiroshi Naganuma, Kanta Suzuki, Shingo Maruyama, Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Interfaces between Epitaxial Oxide Films and Ionic liquid Investigated by Vacuum Electrochemistry Approach2022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Matsumoto, Kenichi Kaminaga, Yoshihito Sano, Chika Takahashi, Mariko Kanai, Shingo Maruyama
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 関連する報告書
      2022 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [備考] 東北大学大学院工学研究科応用化学専攻 松本研究室

    • URL

      http://www.che.tohoku.ac.jp/~atomol/

    • 関連する報告書
      2023 実績報告書

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公開日: 2022-04-19   更新日: 2025-01-30  

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