| 研究課題/領域番号 |
23K22434
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| 補助金の研究課題番号 |
22H01163 (2022-2023)
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| 研究種目 |
基盤研究(B)
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| 配分区分 | 基金 (2024)
補助金 (2022-2023) |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
LUSTIKOVA JANA 東北大学, 先端スピントロニクス研究開発センター, 助教 (90847964)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
18,330千円 (直接経費: 14,100千円、間接経費: 4,230千円)
2025年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 14,430千円 (直接経費: 11,100千円、間接経費: 3,330千円)
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| キーワード | 超伝導 / スピントロニクス / 磁性 / トポロジカル物性 / 高温超伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
論理回路の高速化及び高効率化を見据え、電子スピンの伝搬（スピン流）を基盤とした素子の開発が進んでいる。特に超伝導の低散逸と量子力学的特性を利用したスピン輸送方式が注目される。通常スピンがゼロの従来型超伝導体（ニオブ等）では強磁性体との接合構造におけるスピン注入が確立された。本課題では種々の新奇超伝導材料の内在的スピン状態に注目し、従来型超伝導体では困難な広温域かつ長距離のスピン輸送を目標に、スピン伝搬や電流への変換の実験的検証を行う。
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| 研究実績の概要 |
第二年度となる今年度は主に高温超伝導体のスピン注入現象及び磁性体｜トポロジカル材料の二次元ヘテロ構造における界面スピン現象に注目した。
初年度に立ち上げたマイクロ波測定プローブを用いて、Bi系の高温超伝導体へのスピン注入実験を低温10 K、高周波18 GHzまでの温度・周波数領域で行い、低周波8 GHz以下で支配的であった外因的な強磁性共鳴線幅の広がりを除くことができた。次は高温超伝導体結晶の表面処理及び加熱処理がスピン注入効率に及ぼす効果を調査する予定である。更に、高温超伝導体におけるスピン注入の理解に向けて、複数の理論研究協力者と議論を行った。 (i) 界面現象における超伝導材料の結晶構造、(ii) スピン流生成における超伝導準粒子散乱現象、及び (iii) 高温超伝導材料のキャリアドープの重要性について確認でき、今後理論構築及び対照実験に反映させる予定である。
また、良質な界面におけるスピン注入効果を実現するために二次元磁性体｜二次元トポロジカル材料のヘテロ構造に着目し、微細加工を用いて測定デバイスの作製及び物性評価を進めた。二次元材料のテープ剥離法によってマイクロサイズの薄膜単結晶を取得し、アルゴン雰囲気中で2次元磁性体と2次元非磁性トポロジカル材料のヘテロ構造を作製した。2次元磁性体は主に金属でキュリー温度が比較的に高い材料を選定し、その磁気特性を磁化測定、磁化ダイナミックス、磁区観察及び磁気輸送によって評価した。予備実験として二次元磁性体とBi系のトポロジカル材料のヘテロ構造を作製し、低温における異常な磁気抵抗を観測した。界面効果による寄与を評価するために今後対照試料の測定を進める予定である。また、Bi系の二次元トポロジカル超伝導材料から電気的スピン注入デバイスを作製し、低温における磁気抵抗を観測した。スピン注入効果の寄与を評価するために今後対照試料の測定を進める。
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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
本研究課題はおおむね順調に進展している。特に、2次元磁性材料とトポロジカル材料との界面で観測された異常な角度依存性の磁気抵抗効果など、新しい現象の確認ができた。さらに、高周波スピンポンピング実験とその理論的記述の構築によって高温超伝導体のスピン吸収効率に関する理解を進めている。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後は、高温超伝導体の表面処理・加熱処理の影響を系統的に調べ、結晶構造、キャリア濃度や界面状態がスピンポンピングに及ぼす影響を評価し、スピン注入現象を理論的観点から議論する予定である。また、トポロジカル超伝導材料の測定デバイスにおいて観測した異常な磁気抵抗効果について対照実験を行い、界面効果の寄与を評価する予定である。さらに、電気測定デバイス以外に、マイクロ波導波路と統合した二次元ヘテロ構造デバイスの作製も試み、今後はこの系における磁性ダイナミックスの検出に挑戦する予定である。スピン注入デバイスにおいて低温でのスピン伝搬特性を評価し、超伝導材料におけるスピン流の基本的な物理プロセスを解明することを目指す。
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