| 今後の研究の推進方策 |
半導体を用いたスピンオービトロニクスにおいては、RashbaとDresselhausスピン軌道相互作用の精密制御によりスピンの長距離輸送可能な永久スピンらせん状態とその逆状態を電界操作を可能にするとともに、量子ポイントコンタクトにより電気的スピン生成・検出とスピン軌道ロッキングによるスピン制御を全て電気的に実現することに成功した。半導体系においては電気的なスピン生成・制御・検出とその統合を実証できたことから、今後は室温動作が可能な、よりスピン軌道相互作用の強い材料系に研究の中心を移していく。
最終年度では、これまで蓄積してきた半導体および金属におけるスピン軌道相互作用制御を最大限に活用し、ゼロ磁場磁化反転や半導体細線構造におけるスピン軌道相互作用の電気的検出を精力的に進め、半導体で蓄積してきたスピン軌道相互作用制御の深化と共に、それらの知識を金属構造に展開し、スピントロニクスデバイスへと昇華させる。また、グループ内での共同研究を促進することで共著論文を執筆し、互いの研究に相乗効果を生み出すことでスピンオービトロニクスに資する研究展開をグループ内でも発展・維持していく。
具体的にはTa, W, Ptといったよく知られた重金属を組み合わせる事や、窒素や酸素のドーピング、トポロジカル絶縁体などスピン軌道トルクを創発する新しいスピン軌道材料の作製に取り組む。本スピン軌道トルクは、磁気デバイスの本幹を成す磁化反転に有用であるので、より高効率で機能的なスピン軌道材料の開発に取り組んでいく予定である。特に注目しているのは、ドーピングにより抵抗率増加が抑制される電気伝導性酸化物である。
新規スピン流生成材料(スピン軌道超格子、エピタキシャル(高配向)Ta, W, Pt等)のスピンホール角をST-FMR法、SMR法やハーモニック法を用いて評価するとともに磁化反転実験を行う。これまでに開発したスピン生成材料を電極とする強磁性トンネル接合を作製し、磁化反転にスピントルクを用いる電場制御スピン軌道トルクデバイスの開発を行う。また、Bi(111)などの巨大スピン軌道相互作用を示す材料上に作製した強磁性体の磁気特性の評価を行う。
これまでに解明した半導体内のスピンの動的振る舞いを積極的に利用した新規スピン制御手法をデモンストレーションする。さらに光学的アプローチによるスピン物性探索では、GaAsBiに加えBi薄膜やトポロジカル絶縁体など関連する材料にも展開し、巨大スピン軌道相互作用が関わる物理現象を解明し、その応用の可能性を探る。
最終年度では、これまで明らかにしてきた酸化物薄膜における電子構造とスピン軌道相互作用の制御技術をさらに発展させ、単相膜及びヘテロ構造におけるスピン依存伝導現象の電界制御及び解明に取り組む。
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