| 研究課題/領域番号 |
22K18965
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| 研究種目 |
挑戦的研究(萌芽)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 審査区分 |
中区分29:応用物理物性およびその関連分野
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| 研究機関 | 東京大学 |
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研究代表者 |
金澤 直也 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (10734593)
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| 研究期間 (年度) |
2022-06-30 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 5,850千円 (直接経費: 4,500千円、間接経費: 1,350千円)
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| キーワード | キラル結晶薄膜 / FeSi / スピントロニクス / スピン軌道トルク / スキルミオン / リザバーコンピューティング / 非線形ホール効果 / 反対称的スピン軌道相互作用 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
導線を巻き付けたコイルは19世紀の最大の発明の1つとも言える。コイルの誕生によって、電磁誘導による発電、インダクタ、非接触充電や長距離通信といった様々な機能に繋がり、抵抗素子やキャパシタ素子と共に現在のエレクトロニクスを支える基盤素子を成している。コイルの電磁機能はらせん構造のキラルな対称性に由来している。抵抗やキャパシタは構成する物質中の量子状態を設計することで現代的な新しい機能が発明されているが、コイルはまだ古典的な構造のままである。本研究はミクロなコイルであるキラルな結晶構造に注目することで、コイル機能に量子物理の概念を導入し、新スピン機能物性「キラルスピントロニクス」を創出する。
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| 研究実績の概要 |
キラル物質におけるスピントロニクス機能の開拓を行ってきた。特に、キラルな立方晶を有するFeSiの薄膜について多彩なスピン軌道結合物性とスピントロニクス機能応用への可能性を示すことができた。FeSiは非磁性絶縁体として知られていたが、バルクバンドのトポロジーの要請から、その表面には強磁性金属状態が発現する。本研究では、このユニークな表面状態に対して様々な異種物質を接合することによって、FeSi表面の電子状態・スピン状態を大きく変調・制御することに成功した。例えば、FeSi表面との軌道混成を極力抑制できるフッ化物絶縁体を接合することによって、室温強磁性状態を創出した。さらに界面の対称性の破れに由来した反対称的スピン軌道相互作用を利用することによって、スピン軌道トルクを介した電流誘起磁化反転現象を室温かつゼロ磁場の条件で実現することができた。従来のスピントロニクス素子においては強スピン軌道トルク効果を実現するために、原子番号の大きな重元素固有の強スピン軌道相互作用を活用していた。そのため希少または毒性の強い重元素原料を多量に含んでいる必要があった。ありふれた元素のみで構成されたFeSiにおいて、このようなMRAMといった次世代磁気情報素子の要素技術を再現できたことは、持続可能なスピントロニクス基盤の構築に大きく貢献できる可能性がある。
フッ化物接合以外にも、少量のPt層を接合させることによって、FeSi表面強磁性状態に磁気粒子スキルミオンを作り出すことができた。これらのスキルミオンの集合体は、従来よりも電流印加に対して堅牢な性質を有し、強い非線形応答を発生してくれることがわかった。特に7次にものぼる新しい高次非線形ホール効果が確認でき、リザバーコンピューティングといった応用に期待できる。
その他にも、スキルミオンやトポロジカル超伝導、創発インダクタに関する成果を挙げた。
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