バリスティック伝導を用いた超高感度局所磁気センサーの開発と応用

• 研究課題/領域番号: 25870548
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: ナノ構造物理; 応用物性
• 研究機関: 熊本大学
• 研究代表者: 原 正大 熊本大学, 大学院先端科学研究部(理), 准教授 (50392080)
• 研究期間 (年度): 2013-04-01 – 2016-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円); 2016年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2015年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2014年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2013年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: バリスティック伝導 / 二次元電子系 / グラフェン / 微小磁性体 / ナノシート / XMCD / 磁気センサー / 酸化チタン / バリステッィク伝導

研究成果の概要

バリスティック特性を持つ二次元電子ガスの曲がり抵抗を測定することで、長方形型磁性体のエッジ部分の磁化状態を高感度に検出できることを示した。半古典的なシミュレーションにより、磁気センサーの構造と局所磁場の空間分布を最適化することで、感度が向上することが分かった。その結果、100 nmサイズの磁性体の磁化過程を観測することに成功した。X線磁気円二色性測定により、Mnドープ酸化チタンナノシートの磁気的な挙動を調べることも行った。単層ナノシートでMn原子がわずかに強磁性を示した。また、上に積層したFeとMnドープナノシートが反強磁性的に結合することが明瞭に観測された。

研究成果

• [雑誌論文] Magnetic Proximity Effects between Single-Layer Mn-Doped Titania Nanosheets and Fe Overlayers (2016)
  • 著者名/発表者名: N. Saitou, Y. Hirano, M. Sawada, H. Namatame, M. Taniguchi, T. Taniguchi, Y. Matsumoto and M. Hara
  • 雑誌名: Journal of the Physical Society of Japan 巻: 85 号: 3 ページ: 035002-035002
  • DOI: 10.7566/jpsj.85.035002
  • NAID: 210000133886
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Geometrical optimization of a local ballistic magnetic sensor (2014)
  • 著者名/発表者名: Y. Kanda, T. Nomura, T. Kimura, and M. Hara
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 104 号: 14 ページ: 142408-142408
  • DOI: 10.1063/1.4871002
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Detection of edge magnetic state by a ballistic bend resistance measurement (2013)
  • 著者名/発表者名: T. Matsunaga, K. Furukawa, Y. Kanda, M. Hara, T. Nomura and T. Kimura
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett 巻: 102 号: 25 ページ: 252405-252405
  • DOI: 10.1063/1.4812729
  • 査読あり
• [学会発表] Photoresponse and magnetism in single-layer titanium oxide nanosheets (2015)
  • 著者名/発表者名: M. Hara, K. Matsuzaki, N. Saitou, Y. Hirano, T. Taniguchi and Y. Matsumoto
  • 学会等名: 21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems
  • 発表場所: Sendai International Center
  • 年月日: 2015-07-26
  • 国際学会
• [学会発表] 化学剥離酸化チタンナノシートの伝導と磁性 (2015)
  • 著者名/発表者名: 原正大，松崎浩二，斉藤夏海，谷口貴章，松本泰道
  • 学会等名: 物理学会
  • 発表場所: 早稲田大学
  • 年月日: 2015-03-24
• [学会発表] UV photoresponse and magnetic control of single-layer titania nanosheets (2015)
  • 著者名/発表者名: Masahiro Hara, Koji Matsuzaki, Natsumi Saitou, Takaaki Taniguchi, and Yasumichi Matsumoto
  • 学会等名: Graphene 2015
  • 発表場所: ビルバオ（スペイン）
  • 年月日: 2015-03-12
• [学会発表] Co,MnドープチタニアナノシートとFe薄膜の磁気的相互作用 (2014)
  • 著者名/発表者名: 斉藤夏海，沢田正博，生天目博文，谷口雅樹，谷口貴章，松本泰道，原正大
  • 学会等名: ナノ学会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2014-05-23
• [学会発表] 2端子を狭窄したホールクロスによるパーマロイドットの磁化測定
  • 著者名/発表者名: 神田侑典，原正大，木村崇
  • 学会等名: 日本物理学会
  • 発表場所: 徳島大学
• [学会発表] Local magnetic sensor for a single ferromagnetic dot by using a ballistic two-dimensional electron gas
  • 著者名/発表者名: Yuhsuke Kanda, Takashi Kimura, and Masahiro Hara
  • 学会等名: International Symposium on Advanced Nanodevices and Nanotechnology 2013
  • 発表場所: カウアイ島（ハワイ）
• [備考] 熊本大学大学院自然科学研究科理学専攻物理科学講座原研究室
  • URL: http://crocus.sci.kumamoto-u.ac.jp/physics/meso/index.html
• [備考] 熊本大学大学院自然科学研究科理学専攻物理科学講座原研究室
  • URL: http://crocus.sci.kumamoto-u.ac.jp/physics/meso/index.html