炭素単原子層のエッジ原子配列制御とスピン物性、磁石応用

• 研究課題/領域番号: 24241046
• 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: ナノ材料・ナノバイオサイエンス
• 研究機関: 青山学院大学
• 研究代表者: 春山 純志 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (70296383)
• 研究期間 (年度): 2012-04-01 – 2015-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2014年度)
• 配分額: 47,320千円 (直接経費: 36,400千円、間接経費: 10,920千円); 2014年度: 14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円); 2013年度: 14,040千円 (直接経費: 10,800千円、間接経費: 3,240千円); 2012年度: 19,110千円 (直接経費: 14,700千円、間接経費: 4,410千円)
• キーワード: グラフェン / エッジ / 平坦バンド / 強磁性 / 偏極スピン / 水素終端 / 磁石 / スピントロニクス素子 / グラフェンナノメッシュ / 平坦バンド強磁性 / トンネル磁気抵抗素子 / コバルト電極 / TMR比 / 黒リン / ナノメッシュ / エッジ原子配列 / 終端 / 希少元素フリー磁石 / エッジスピン / フラットバンド強磁性 / 磁性元素フリー磁石 / ナノ細孔アレイ

研究成果の概要

リソグラフィを用いず低欠陥・低汚染細孔エッジを持つ蜂の巣状ナノ細孔アレイをグラフェン上に70%以上の再現確率で創製(グラフェンナノメッシュ(GNM)の創製)することに成功し、臨界温度アニールでそのエッジをzigzag型原子配列に制御、平坦バンド強磁性を実現した。このGNM上に特殊レジストを塗布、電子線照射量で制御し、zigzag配列のダングリングボンドを１個の水素原子で終端する方法を確立、従来の100倍以上の高効率磁石創製に成功した。この磁性GNMを電極とするTMR構造を創製し、２０％を超えるTMR特性の創出に成功した。希少磁性元素無しで実現する高効率磁石とスピントロニック素子の道を拓いた。

研究成果

• [雑誌論文] Tunneling magnetoresistance phenomena utilizing graphene magnet electrodes (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, S. Kamikawa, J. Haruyama, D. Soriano, J. G. Pedersen, S. Roche
  • 雑誌名: Appl.Phys.Lett. 巻: 105 ページ: 183111-183111
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Graphene edge spins: -Spintronics and Magnetism in graphene nanomeshes (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, S. Kamikawa, Y. Yagi, J. Haruyama, H. Yang, M. Chshiev
  • 雑誌名: Nanosystems: Physics, Chemistry, Mathmatics Journal 巻: ５ ページ: 25-38
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Edge-sensitive semiconductive behaviors in low-defect narrow graphene nanoribbons (2014)
  • 著者名/発表者名: S. Kamikawa, T. Shimizu, Y. Yagi, J. Haruyama
  • 雑誌名: Nanomaterials and Nanotechnology 巻: April 14 ページ: 1-9
  • DOI: 10.5772/58466
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] High-Efficiency Graphene Nanomesh Magnets Realized by Controlling Hydrogenation of Pore Edges (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Kato, T. Nakamura, J. Kamijyo, T. Kobayashi, Y. Yagi, J. Haruyama
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 104 ページ: 252410-252410
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electronic Properties of Nanopore Edges of Ferromagnetic Graphene Nanomeshes at High Carrier Densities under Ionic-Liquid Gating (2014)
  • 著者名/発表者名: T. Hashimoto, S. Kamikawa, Y. Yagi, J. Haruyama
  • 雑誌名: Materials Sciences and Applications 巻: 5 ページ: 1-9
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Electron-Spin-Based Phenomena Arising from Pore Edges of Graphene Nanomeshes (2013)
  • 著者名/発表者名: K. Tada, N. Kosugi, K. Sakuramoto, T. Hashimoto, K. Takeuchi, Y. Yagi, J. Haruyama, H. Yang, M. Chshiev
  • 雑誌名: Jorrnal of superconductivity and novel magnetisms 巻: 26 ページ: 1037-1037
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Graphene and Graphene Nanomesh Spintronics (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 雑誌名: Special Issue on "Carbon Nanoelectronics" in Electronics 巻: 2 ページ: 368-386
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Magnetism and spintronics arising from Graphene edges (2012)
  • 著者名/発表者名: J.Haruyama
  • 雑誌名: Innovative Graphene Technologies: Developments, Characterization and Evaluation 巻: 2 ページ: 7-26
  • 査読あり
• [学会発表] 微量水素終端したグラフェンにおけるスピン軌道相互作用と電子波位相破壊の抑制 (2015)
  • 著者名/発表者名: 上條潤一、片桐勇人、加藤建彰、中村壮智、勝本信吾、江澤雅彦、春山純志、B. Ozyilmaz
  • 学会等名: 2014日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 黒リン単原子層の特異な電子物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片桐勇人、牧野竜也、大畠智佳、中村壮智、勝本信吾、江澤雅彦、篠原久典、春山純志
  • 学会等名: 2014日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 黒リン単原子層のエッジ磁性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中西雄大, 大畠智佳, 岩城稜麿, 野村くみ子, 江澤雅彦, 篠原久典, 春山純志
  • 学会等名: 2014日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] MoS2 単原子層への電子線照射・構造転移と電子物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 牧野竜也、片桐勇人、大畠智佳、中村壮智、勝本信吾、末永知和、春山純志
  • 学会等名: 2014日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] イオン化ゲルゲートを配した金属伝導カーボンナノチューブ膜の電子物性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 本間友大、菊地涼、山田俊矢、大畠知佳、春山純志、Apparao Rao
  • 学会等名: 2014日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] 水素化グラフェンにおけるスピン注入 (2015)
  • 著者名/発表者名: 中村壮智，橋本義昭，春山純志，家泰弘，勝本信吾
  • 学会等名: 2014日本物理学会年次大会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-21 – 2015-03-24
• [学会発表] Magnetism arising from edges of nanomesh of mono(few)-atomic layered (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Nakanishi, C. Ohata, R. Iwaki. k. Nomura, M. Ezawa, H. Shinohara, J. Haruyama
  • 学会等名: 第４８回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-02-21 – 2015-02-23
• [学会発表] Electronic properties of thin films of all-metallic carbon nanotubes (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Honma, R. Kikuchi, S. Yamada, C. Ohata, M. Koyata, J. Haruyama, A. Rao
  • 学会等名: 第４８回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-02-21 – 2015-02-23
• [学会発表] Electron-wave dephasing suppressed by spin-orbit interaction in slightly hydrogenated graphene within a topological insulating regime (2015)
  • 著者名/発表者名: J. Kamijo, Y. Katagiri, T. Kato, T. Nakamura, S. Katsumoto, M. Ezawa, B. Ozyilmaz,
  • 学会等名: 第４８回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-02-21 – 2015-02-23
• [学会発表] Anomalous electronic properties of mono(few)-atomic layers of black phosphorus (2015)
  • 著者名/発表者名: Y. Katagiri, T. Makino, C. Ohata, T. Nakamura, S. Katsumoto1, M. Ezawa, H. Shinohara,
  • 学会等名: 第４８回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
  • 発表場所: 東京大学
  • 年月日: 2015-02-21 – 2015-02-23
• [学会発表] Graphene spintronics; -graphene as topological insulator- (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: Asian conference on Nanotechnology
  • 発表場所: Kuala Lumpur, Malaysia
  • 年月日: 2014-12-16 – 2014-12-17
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene and graphene nanomesh spintronics (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: The 9th international conference on surfaces, coatings, and nanostructured materials
  • 発表場所: Dublin, Ireland
  • 年月日: 2014-09-08 – 2014-09-11
  • 招待講演
• [学会発表] Self-assembled graphene nanomesh spintronics and magnetism (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: The 5th international conference on Nanostructures self-assembly
  • 発表場所: Marseille, France
  • 年月日: 2014-07-07 – 2014-07-11
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene spintronics as topological insulator (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: Graphene Week 2014; The 8th International Conference on the Fundamental Science of Graphene and Applications of Graphene-Based Devices
  • 発表場所: Gothenburg, Sweden
  • 年月日: 2014-06-23 – 2014-06-27
  • 招待講演
• [学会発表] opological insulator, spintronics, and magnetism in graphenes (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism
  • 発表場所: Antalya, Turkey
  • 年月日: 2014-04-27 – 2014-05-02
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene spintronic and magnetic devices (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Haruyama
  • 学会等名: The 17th International workshop on the Physics of Semiconductor Devices
  • 発表場所: Noida, India
  • 年月日: 2013-12-01 – 2013-12-05
  • 招待講演
• [学会発表] 単原子膜研究開発の現状と将来 (2013)
  • 著者名/発表者名: 春山純志
  • 学会等名: 科学技術振興機構 戦略的創造研究推進事業準備会議
  • 発表場所: 科学技術振興機構
  • 年月日: 2013-10-07
  • 招待講演
• [学会発表] Spin-based phenomena in graphenes (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Haruyama
  • 学会等名: The 3rd Annual World Congress of Nano-Science &Technology
  • 発表場所: China
  • 年月日: 2013-09-26 – 2013-09-28
  • 招待講演
• [学会発表] SiC熱分解形成グラフェンへの強磁性ナノ細孔アレイの創製とその物性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 加藤建彰, 上條潤一, 岸本将広, 橋本泰樹, 八木優子, 春山純志, 日比野浩樹, 藤田和博,橋本義昭, 勝本信吾、家泰弘
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-25 – 2013-09-28
• [学会発表] 強磁性グラフェンナノ細孔アレイで創製したTMR構造の物性 (2013)
  • 著者名/発表者名: 上條潤一, 加藤建彰, 橋本泰樹, 上川正太, 八木優子, 春山純志, 藤田和博, 橋本義昭,勝本信吾, 家泰弘
  • 学会等名: 日本物理学会2013年秋季大会
  • 発表場所: 徳島大学
  • 年月日: 2013-09-25 – 2013-09-28
• [学会発表] Graphene spintronics (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Haruyama
  • 学会等名: International conference on Nanoscale Magnetism
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 年月日: 2013-09-02 – 2013-09-06
  • 招待講演
• [学会発表] Spintronics, magnetism, and superconductivity in graphenes and carbon nanotubes (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Haruyama
  • 学会等名: University Colledge of London, Seminer
  • 発表場所: London, UK
  • 年月日: 2013-08-06
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene spintronics on graphene edges (2013)
  • 著者名/発表者名: J.Haruyama
  • 学会等名: International conference on Advanced Carbon Nanostructures
  • 発表場所: St.Petersberg, Russia
  • 年月日: 2013-07-01 – 2013-07-05
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene spintronics (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: International conference on Electronic Materials and Applications
  • 発表場所: Orland, Florida
  • 招待講演
• [学会発表] Spintronics and magnetism using graphene edge spins (2013)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: International conference on emerging technologies; Micro to Nano
  • 発表場所: Goa, India
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetism and spintronics arising from graphene edges (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: International Conference on Superconductivity and Magnetism,
  • 発表場所: Istanbul, Turkey
  • 招待講演
• [学会発表] Magnetism and spintronics arising from graphene edges (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: 4th Worldwide Universities Network (WUN) International Conference on Spintronics
  • 発表場所: Sydney, Australia
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene edges: Physics and applications (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: C2C Workshop: Progress in Nanoscience and Materials
  • 発表場所: Shang hai, China
  • 招待講演
• [学会発表] Graphene magnets and spintronics arising from graphene edges (2012)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 学会等名: The 5th Szeged International Workshop on Advances in Nanoscience
  • 発表場所: Szedo, Hungary
  • 招待講演
• [学会発表] Novel spintronic phenomena arising from pore-edge polarized spins of ferromagnetic graphene nanomeshes (2012)
  • 著者名/発表者名: N. Kosugi, Y. Hashimoto, K. Sakuramoto, K. Takeuchi, S.Kamikawa, Y. Yagi, J. Haruyama, Y. Hashimoto, K. Fujita, Y.Kato, S. Katsumoto, Y. Iye, P. Zhao, S. Maruyama, A. Rao
  • 学会等名: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] Magnetic behaviors sensitive to foreign-atom termination of pore-edge in graphen nanomeshes (2012)
  • 著者名/発表者名: K. Takeuchi, K. Sakuramoto, N. Kosugi, Y. Hashimoto, Y. Yagi, J. Haruyama, P. Zhao, S. Maruyama, A. Rao
  • 学会等名: 第43回フラーレン・ナノチューブ・グラフェンシンポジウム
  • 発表場所: 東北大学
• [学会発表] 電気二重層を含む各種方法でキャリアドープしたナノチューブ薄膜の磁化・電気特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 中村悠紀、竹内啓悟、上川正太、八木優子、春山純志、藤田和博、加藤悠人、橋本義昭、勝本信吾、家泰弘、T.Thurakitseree、丸山茂夫、A.Rao
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 電気二重層を形成した低欠陥グラフェンナノメッシュの物性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 里見槙平、中村悠紀、上川正太、春山純志、藤田和博、加藤悠人、橋本義昭、勝本信吾、家泰弘、趙 沛、丸山茂夫、A.Rao
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 低欠陥グラフェンナノメッシュの細孔エッジ起因異常磁気抵抗 (2012)
  • 著者名/発表者名: 小杉直輝、櫻元健志、上川正太、橋本泰樹、春山純志、藤田和博、加藤悠人、橋本義昭、勝本信吾、家泰弘、趙 沛、丸山茂夫、A.Rao
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [学会発表] 低欠陥グラフェンナノメッシュのキャリアドープ細孔エッジと磁化特性 (2012)
  • 著者名/発表者名: 竹内啓悟、櫻元健志、上川正太、八木優子、春山純志、趙 沛、丸山茂夫、A.Rao
  • 学会等名: 日本物理学会2012年秋季大会
  • 発表場所: 横浜国立大学
• [図書] Graphene spintronics and magnetism：The Graphene Optoelectronics. Synthesis, Characterization, Properties, and Applications (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 総ページ数: 15
  • 出版者: WILEY-VCH Verlag
• [図書] Carbon-based new superconductors; Toward high Tc (2014)
  • 著者名/発表者名: J. Haruyama
  • 総ページ数: 302
  • 出版者: Pan Stanford Publishing
• [図書] MATERIAL STAGE:グラフェン磁石創製の可能性：希少磁性元素を用いないウエアラブル磁石 (2013)
  • 著者名/発表者名: 春山純志
  • 総ページ数: 20
  • 出版者: 技術情報協会
• [図書] 導電・絶縁材料の電気および熱伝導特性制御 (2013)
  • 著者名/発表者名: 春山純志
  • 総ページ数: 293
  • 出版者: Science & Nanotechnology社
• [図書] 高温超伝導現象と用途開発最前線 (2013)
  • 著者名/発表者名: 春山純志
  • 総ページ数: 542
  • 出版者: （株）エヌ・ティー・エス出版
• [図書] グラフェンの機能と応用展望II (2012)
  • 著者名/発表者名: 春山純志
  • 総ページ数: 271
  • 出版者: （株）シーエムシー出版
• [備考] 春山研究室ホームページ
  • URL: http://www.ee.aoyama.ac.jp/haru-lab/
• [備考] 春山研究室ホームページ
  • URL: http://www.ee.aoyama.ac.jp/haru-lab/