スピン流を用いた物性制御法の探索

• 研究課題/領域番号: 23244071
• 研究種目: 基盤研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 物性Ⅱ
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 大谷 義近 東京大学, 物性研究所, 教授 (60245610)
• 研究分担者: 新見 康洋 東京大学, 物性研究所, 助教 (00574617) ; 福間 康裕 理化学研究所, 基幹研究所, 研究員 (90513466)
• 研究期間 (年度): 2011-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 46,150千円 (直接経費: 35,500千円、間接経費: 10,650千円); 2014年度: 4,940千円 (直接経費: 3,800千円、間接経費: 1,140千円); 2013年度: 5,720千円 (直接経費: 4,400千円、間接経費: 1,320千円); 2012年度: 24,570千円 (直接経費: 18,900千円、間接経費: 5,670千円); 2011年度: 10,920千円 (直接経費: 8,400千円、間接経費: 2,520千円)
• キーワード: スピン流 / スピンホール効果 / スピン吸収 / スピン注入 / スピン緩和 / 非局所スピン注入 / スピントルク磁気共鳴 / スピン蓄積 / 磁気相転移 / 磁気抵抗 / スピントルク / 金属絶縁体転移

研究成果の概要

磁気相転移等の諸現象をスピン流により制御するためのスピン流注入素子設計及び候補物質の探索を遂行した。面内スピンバルブの拡散スピン伝導を統一的に記述する解析モデルを構築し、設計指標であるスピン緩和時間の解析精度を格段に向上させた。理論と実験の両面から物質設計・検証を進め、24％の巨大な電流－スピン流変換効率を示す銅ビスマス希薄合金を開発した。スピントルク磁気共鳴実験を行い、スピンホール効果により有効ダンピング係数を20％変調することに成功した。超伝導体に準粒子スピン流を注入して、スピン寿命を励起電流で400%変調できることを実験的に示した。この成果は巨大な準粒子スピンホール効果の発見に繋がった。

研究成果

• [雑誌論文] Critical exponents and domain structures of magnetic semiconductor EuS and Gd-doped EuS films near Curie temperature (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y.Fukuma, H. S. Park, T. Matsuda, T. Tanigaki, S. Aizawa, M. Shirai, D. Shindo, and Y. Otani
  • 雑誌名: Appl. Phys. Exp. 巻: 7 号: 11 ページ: 113002-113002
  • DOI: 10.7567/apex.7.113002
  • NAID: 210000137294
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Inverse spin Hall effect in a closed loop circuit (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Omori, F. Auvray, T. Wakamura, Y. Niimi, F. Fert, and Y. Otani
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 24
  • DOI: 10.1063/1.4884520
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin transport in non-magnetic nano-structures induced by non-local spin injection (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y. Fukuma, and Y. Otani
  • 雑誌名: Physica E 巻: 68 ページ: 239-263
  • DOI: 10.1016/j.physe.2014.11.023
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin injection into a superconductor with strong spin-orbit coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, N. Hasegawa, K. Ohnishi, Y. Niimi and Y. Otani
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 112 号: 3
  • DOI: 10.1103/physrevlett.112.036602
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Modulation of effective damping constant using spin Hall effect", (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kasai, K. Kondou, H. Sukegawa, S. Mitani, K. Tsukagoshi, and Y. Otani,
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 号: 9 ページ: 092408-092408
  • DOI: 10.1063/1.4867649
  • 査読あり
• [雑誌論文] 5d iridium oxide as a material for spin current detection (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Fujiwara, Y. Fukuma, J. Matsuno, H. Idzuchi, Y. Niimi, Y. Otani, H. Takagi
  • 雑誌名: Nat. Commun. 巻: 4 号: 1 ページ: 28931-6
  • DOI: 10.1038/ncomms3893
  • 査読あり
• [雑誌論文] Impact of interface properties on spin accumulation in dual-injection lateral spin valves. (2013)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, S. Karube, Y. Fukuma, T. Aoki, and Y. Otani
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 103 号: 16 ページ: 1624031-4
  • DOI: 10.1063/1.4824897
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin injection properties in trilayer graphene lateral spin valves (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. P. Liu, H、Idzuchi. Y. Fukuma, O Rousseau. Y Otani and W S
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 102 号: 3 ページ: 0331051-4
  • DOI: 10.1063/1.4776699
  • 査読あり
• [雑誌論文] Experimental verification of comparability between spin-orbit and spin-diffusion lengths (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi, D. H. Wei, H. Idzuchi. T. WaJcaaura, T. Kato, and Y. Otani
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 110 号: 1
  • DOI: 10.1103/physrevlett.110.016805
  • 査読あり
• [雑誌論文] "The spin Hall effect as a probe of nonlinear spin fluctuations", (2012)
  • 著者名/発表者名: D. H. Wei, Y. Niimi, B. Gu, T. Ziman, S. Maekawa, and Y. Otani,
  • 雑誌名: Nature Commun. 巻: 3 号: 1
  • DOI: 10.1038/ncomms2063
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Perfect alloys for spin Hall current-induced magnetization switching", (2012)
  • 著者名/発表者名: M. Gradhand, D.V. Fedorov, P. Zahn, I. Mertig, Y. Otani, Y. Niimi, L. Vila, and A. Fert,
  • 雑誌名: SPIN 巻: 2 号: 02 ページ: 1250010-1250010
  • DOI: 10.1142/s2010324712500105
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Giant spin Hall effect induced by skew scattering from Bismuth impurities inside thin film CuBi alloys", (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi,Y. Kawanishi,D. H. Wei, C. Deranlot, H. X. Yang, M. Chshiev, T. Valet, A. Fert, and Y. Otani,
  • 雑誌名: Phys. Rev. Lett. 巻: 109
  • 査読あり
• [雑誌論文] Towards coherent spin precession in pure-spin current (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi. Y. Fukuma and Y. Otani
  • 雑誌名: Sci. Rep. 巻: 2 号: 1 ページ: 6281-5
  • DOI: 10.1038/srep00628
  • 査読あり
• [雑誌論文] "Spin relaxation mechanism in silver nanowires covered with MgO protection layer", (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y. Fukuma, L. Wang, and Y. Otani
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 101 号: 2 ページ: 0224151-4
  • DOI: 10.1063/1.4737001
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin injection into magnesium nanowire (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Idzuchi, Y.Fukuma, L.Wang, Y.Otani
  • 雑誌名: IEEE.Trans.on Magnetics 巻: 47 号: 6 ページ: 1545-1548
  • DOI: 10.1109/tmag.2011.2108272
  • 査読あり
• [雑誌論文] Effect of Annealing on Interfacial Spin Polarization and Resistance in Permalloy/MgO/Ag Lateral Spin Valves (2011)
  • 著者名/発表者名: L.Wang, Y.Fukuma, H.Idzuchi, Y.Otani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 号: 9 ページ: 0930041-3
  • DOI: 10.1143/apex.4.093004
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant enhancement of spin accumulation and long-distance spin precession in metallic lateral spin valves (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Fukuma, L.Wang, H.Idzuchi, S.Takahashi, S.Maekawa, Y.Otani
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 12 号: 7 ページ: 30461-5
  • DOI: 10.1038/nmat3046
  • 査読あり
• [雑誌論文] Large spin accumulation with long spin diffusion length in Cu/MgO/Permalloy lateral spin valves (2011)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, K. Ohnishi, Y. Niimi, and Y. Otani
  • 雑誌名: Applied Physics Express 巻: 4 号: 6 ページ: 063002-063002
  • DOI: 10.1143/apex.4.063002
  • NAID: 10029000300
  • 査読あり
• [学会発表] Giant spin Hall effect in Cu-based alloys and its application (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi & Y. Otani
  • 学会等名: BIT's 1st Annual World Congress of Smart Materials 2015
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 年月日: 2015-03-23 – 2015-03-25
  • 招待講演
• [学会発表] Spin Hall effect in spin glass systems (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi & Y. Otani
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
  • 招待講演
• [学会発表] Revisiting the measurement of the spin relaxation time in graphene-based spintronic devices (2015)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, A. Fert & Y. Otani
  • 学会等名: APS March Meeting 2015
  • 発表場所: San Antonio, USA
  • 年月日: 2015-03-02 – 2015-03-06
• [学会発表] Spin injection and transport properties in lateral spin valves (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukuma, H. Idzuchi & Y. Otani
  • 学会等名: Indo-Japan Workshop on Magnetism at Nanoscale (IJWMN)
  • 発表場所: Bhubaneswar, India
  • 年月日: 2015-01-09 – 2015-01-12
  • 招待講演
• [学会発表] Spin Hall effects in ferromagnetic metals measured with lateral structures (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi, Y. Omori, D. Wei & Y. Otani
  • 学会等名: 59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] Ferromagnetic-resonance field shift in Py/Cu/Pt tri-layer films (2014)
  • 著者名/発表者名: K. Kondou, Y. Fukuma & Y. Otani
  • 学会等名: 59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] Characterization of intrinsic spin relaxation time in Hanle effect of graphene with various junction (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, A. Fert & Y. Otani
  • 学会等名: 59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] First observation of quasiparticles-mediated spin Hall effect in superconducting niobium nitride (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, H. Akaike, Y. Omori, Y. Niimi, S. Takahashi, A. Fujimaki, S. Maekawa & Y. Otani
  • 学会等名: 59th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Honolulu, USA
  • 年月日: 2014-11-03 – 2014-11-07
• [学会発表] Determination of spin Hall angle and spin diffusion length with no influence of ferromagnets (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi & Y. Otani
  • 学会等名: The 3rd International Conference of Asian Union of Magnetics Societies (IcAUMS 2014)
  • 発表場所: Haikou, China
  • 年月日: 2014-10-27 – 2014-10-31
  • 招待講演
• [学会発表] Direct comparison of spin Hall effects measured by static spin absorption and dynamic spin torque ferromagnetic resonance methods (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani, Y. Niimi & K. Kondou
  • 学会等名: International Workshop on Nanomaterials 2014
  • 発表場所: Nancy, France
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Long distance diffusive spin transport and precession dynamics (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani
  • 学会等名: JSPS Symposium on Nanoscale Physics of Quantum Materials
  • 発表場所: Leeds, UK
  • 年月日: 2014-08-11 – 2014-08-12
  • 招待講演
• [学会発表] Spin transport in metallic lateral nano-structures (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y. Fukuma & Y. Otani
  • 学会等名: Research Seminar at University of Leeds
  • 発表場所: Leeds, UK
  • 年月日: 2014-05-09 – 2014-05-10
• [学会発表] Spin transport properties in LiAl studied by non-local spin injection (2014)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y. Fukuma & Y. Otani
  • 学会等名: The 2014 International Magnetics Conference (INTERMAG 2014)
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [学会発表] Enhancement of spin relaxation time in superconducting Nb (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, N. Hasegawa, K. Ohnishi, Y. Niimi & Y. Otani
  • 学会等名: The 2014 International Magnetics Conference (INTERMAG 2014)
  • 発表場所: Dresden, Germany
  • 年月日: 2014-05-04 – 2014-05-08
• [学会発表] Spin injection into superconductor with strong spin-orbit coupling (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Wakamura, N. Hasegawa, K. Ohnishi, Y. Niimi & Y. Otani
  • 学会等名: 4th International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2014-04-27 – 2014-05-02
• [学会発表] "Static and dynamic measurements of Spin Hall Effect (invited)", (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani
  • 学会等名: 14th Reimei International Workshop on "Spin Current and Related Phenomena,"
  • 発表場所: Institut Laue-Langevin, Grenoble
  • 招待講演
• [学会発表] "Collective dynamics of chained vortices(invited)", (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani
  • 学会等名: The workshop on "Current-Driven Magnetisation Dynamics,"
  • 発表場所: University of Leeds, UK
  • 招待講演
• [学会発表] "Giant spin Hall effect induced by doping Copper with small amount of strong spin orbit coupling impurities(invited)", (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani
  • 学会等名: 2013 MRS Fall Meeting & Exhibit
  • 発表場所: Boston, USA
  • 招待講演
• [学会発表] "Giant spin Hall effect induced by skew scattering from large SO impurities in copper (invited)", (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi & Y. Otani
  • 学会等名: International Japanese-French Workshop on Spintronics,
  • 発表場所: Orsay, France
  • 招待講演
• [学会発表] "Inverse spin Hall effect as a means to study non-linear spin fluctuation(invited)", (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani, Y. Niimi, D. H. Wei, B. Gu, T. Ziman & S. Maekawa
  • 学会等名: KITP Conference : Concepts in Spintronics
  • 発表場所: University of California Santa Barbara, USA
  • 招待講演
• [学会発表] "Giant spin Hall effect induced in copper by doping small amount of impurities with large SO coupling", (2013)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani
  • 学会等名: APS March Meeting 2013
  • 発表場所: Baltimore, USA
  • 招待講演
• [学会発表] 面内スピンバルブ構造におけるスピン歳差運動のコヒーレンス (2012)
  • 著者名/発表者名: 井土宏, 福間康裕, 大谷義近
  • 学会等名: 日本物理学会第67回年次大会
  • 発表場所: 関西学院大学
  • 年月日: 2012-03-25
• [学会発表] Giant spin accumulation and long-distance spin precession in metanic lateral spin valves (2012)
  • 著者名/発表者名: Y.Fukuma, H.Idzuchi, Y.Otani
  • 学会等名: APS March Meeting
  • 発表場所: Boston, USA(invited)
  • 年月日: 2012-02-27
• [学会発表] "Thickness dependence of SH angle evaluated by means of ST-FMR for Ni80Fe20/Pt (or Pd) bilayer", (2012)
  • 著者名/発表者名: (Y. Otani), K. Kondou, Y. Niimi, S. Kasai, H. Sukegawa & S. Mitani
  • 学会等名: Wilhelm und Else Heraeus Seminar on spin-orbit-driven transverse transport phenomena
  • 発表場所: Bad Honnef, Germany
  • 招待講演
• [学会発表] "Giant enhancement of spin accumulation and long-distance spin precession in lateral spin valves", (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukuma, H. Idzuchi & Y. Otani
  • 学会等名: 2012 Workshop on Innovative Nanoscale Devices and Systems (WINDS),
  • 発表場所: Kohala Coast, HI, USA
  • 招待講演
• [学会発表] "Diffusive transport of pure spin current in lateral spin valves", (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Fukuma, H. Idzuchi & Y. Otani
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies(ICAUMS),
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] "Giant spin Hall effect induced by skew scattering on Bi impurities in Cu", (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Niimi, Y. Kawanishi, D. H. Wei, C. Deranlot, H. Yang, M. Chshiev, T. Valet, A. Fert & Y. Otani
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies(ICAUMS),
  • 発表場所: Nara, Japan
  • 招待講演
• [学会発表] "Enhanced spin accumulation in CoFe/MgO/Ag lateral spin valves", (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, S. Karube, Y. Fukuma & Y. Otani
  • 学会等名: International Conference of the Asian Union of Magnetics Societies(ICAUMS),
  • 発表場所: Nara, Japan
• [学会発表] "Extrinsic SHE induced by small impurities in copper(invited)", (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani, Y. Niimi Y. Kawanishi, D.-H. Wei, C. Deranlot & A. Fert
  • 学会等名: ICM2012
  • 発表場所: Busan, Korea
  • 招待講演
• [学会発表] "Coherence in collective spin precession in lateral spin valves", (2012)
  • 著者名/発表者名: H. Idzuchi, Y. Fukuma & Y. Otani
  • 学会等名: ICM2012
  • 発表場所: Busan, Korea
• [学会発表] "Coherency in Spin Precession in Lateral Spin Valves with Dual Spin Injectors(invited)", (2012)
  • 著者名/発表者名: Y. Otani
  • 学会等名: Intermag 2012
  • 発表場所: Vancouver, Canada
  • 招待講演
• [学会発表] Long-distance spin precession in non-local lateral spin valves with giant spin accumulation (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Otani, Y.Fukuma, H.Idzuchi
  • 学会等名: 56th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Scottsdale, USA(Invited)
  • 年月日: 2011-11-04
• [学会発表] Enhanced spin accumulation in multiterminal lateral spin valves (2011)
  • 著者名/発表者名: H.Idzuchi, Y.Fukuma, Y.Otani
  • 学会等名: 56th Annual Canference on Magnetism and Magnetic Materials
  • 発表場所: Scottsdale, USA
  • 年月日: 2011-11-03
• [学会発表] 面内スピンバルブ構造におけるスピン蓄積偏極ベクトルの歳差運動制御 (2011)
  • 著者名/発表者名: 井土宏, 福間康裕, 王楽, 大谷義近
  • 学会等名: 日本物理学会2011年秋季大会
  • 発表場所: 富山大学
  • 年月日: 2011-09-21
• [学会発表] Strongly enhanced spin accumulation and long distance spin manipulation in lateral spin valves (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Otani
  • 学会等名: ecent Trends in Nanomagnetism, Spintronics and their Application
  • 発表場所: Ordizia, Spain(invited)
  • 年月日: 2011-06-04
• [学会発表] Strongly enhanced spin accumulation by introducing MgO interface layer in non-local spin valves (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Fukuma, L.Wang, H.Idzuchi, Y.Otani
  • 学会等名: InterMag
  • 発表場所: Taipei, Taiwan(invited)
  • 年月日: 2011-04-27
• [図書] Nonlocal spin valves in metallic nanostructures (2011)
  • 著者名/発表者名: Y.Otani, T.Kimura
  • 総ページ数: 10
  • 出版者: CRC Press, Taylor & Francis Group
• [備考] 「スピン流を高感度に検出する酸化物材料 ―革新的省電力デバイスの実現へ前進―」
  • URL: http://www.riken.jp/lab-www/nanomag/news/rikenpressrelease131212.pdf
• [備考] 「超伝導体へのスピン注入に成功・スピン情報保持時間の増大を実証 ―次世代量子情報素子の実現に貢献―」
  • URL: http://www.riken.jp/lab-www/nanomag/news/isspnewsrelease140124.pdf
• [備考] 非磁性体中を流れる磁気の向きを外部磁場で一斉に1回転
  • URL: http://www.riken.jp/pr/press/2012/20120904/
• [備考] In it for the long haul
  • URL: http://www.rikenresearch.riken.jp/eng/research/7165.html
• [備考] URL
  • URL: http://www.riken.jp/lab-www/nanomag/indexjpn.html