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2015 年度 実施状況報告書

ファンデールワールス強磁性体を利用したグラフェンへのスピン注入

研究課題

研究課題/領域番号 15K17433
研究機関東京大学

研究代表者

荒井 美穂  東京大学, 生産技術研究所, 特任研究員 (20738588)

研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2017-03-31
キーワード二次元原子層物質 / グラフェン / 強磁性体 / スピン注入
研究実績の概要

グラフェン上に原子層転写技術を用いてFe0.2TaS2薄片を接合、電子線リソグラフィーと電子線蒸着によってAu/Ti電極を付与した。このデバイスはFe0.2TaS2を強磁性電極、Au/Tiを非磁性体電極とした3端子抵抗が測定可能となっている。低温においてグラフェンの面内に平行磁場を印加し3端子抵抗の磁場依存性を測定したところ、磁場が上昇するにつれて3端子抵抗が減少、飽和する現象を観測した。Fe0.2TaS2は面直に磁気異方性を持つため、Fe0.2TaS2より注入された電子スピンが面内磁場を印加されることにより歳差運動を起こし緩和するHanle効果と呼ばれる現象を観測したと考えられる。実験により得られた3端子抵抗カーブにHanle効果における理論計算値をフィッティングしたところ、グラフェンにおける電子スピンの緩和時間は10ps程度となった。この値は過去に別の手法により実験的に求められたグラフェンにおける電子スピン緩和時間と概ね合っており、原子層物質のみで構築されたデバイスにおける電子スピン注入が成功したと考えられる。

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

グラフェン/FexTaS2接合を作製できた点、また電気伝導測定によって強磁性原子層物質からグラフェンに電子スピン注入が可能であることを示せた点は、目標であるファンデールワールススピンバルブ素子作成への大きな一歩であると言える。一方、インタカレートされたカルコゲナイド層状物質は機械的薄膜化が難しく、他の層状物質との接合界面が安定ではないという問題点も見えてきた。

今後の研究の推進方策

問題点として、遷移金属がインターカレートされたカルコゲナイド層状物質は、機械的薄膜化が難しいとう点が挙げられる。薄膜化後の表面に凹凸が見られ他の原子層物質と接合を作製する際、接合抵抗の増大し界面を電流が流れない、挙動が不安定となるといった問題が生じる。
筆者はインターカレートされた元素量を減らすことで、機械的薄膜化が比較的容易であることを見出している。今後、インターカレート元素量を適度に調節した結晶を用いて、ファンデールワールス接合を作製、電気伝導評価に加え、断面TEMを使い界面付近の評価も行う予定である。

  • 研究成果

    (4件)

すべて 2016 2015

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件、 招待講演 1件)

  • [雑誌論文] Supercurrent in van der Waals Josephson junction2016

    • 著者名/発表者名
      N. Yabuki, R. Moriya, M. Arai, Y. Sata, S. Morikawa, S. Masubuchi, and T. Machida
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 7 ページ: 10616

    • DOI

      10.1038/ncomms10616

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Construction of van der Waals magnetic tunnel junction using ferromagnetic layered dichalcogenid2015

    • 著者名/発表者名
      M. Arai, R. Moriya N. Yabuki, S. Masubuchi, K. Ueno and T. Machida
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 107 ページ: 103107

    • DOI

      10.1063/1.4930311

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Observation of tunneling magnetoresistance effect in Fe0.25TaS2/Fe0.25TaS2 van der Waals junction2015

    • 著者名/発表者名
      M. Arai
    • 学会等名
      7th International Conference on Recent Progress in Graphene & 2D Materials Research (RPGR2015)
    • 発表場所
      Mantra Resort, Lorne, Victoria, Australia
    • 年月日
      2015-10-25 – 2015-10-29
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetic Tunnel Junction Built from Layered Material2015

    • 著者名/発表者名
      M. Arai
    • 学会等名
      21st International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems (EP2DS-21)
    • 発表場所
      Sendai International Center, Miyagi, Japan
    • 年月日
      2015-07-27 – 2015-07-31
    • 国際学会

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公開日: 2017-01-06  

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