研究課題
グラフェンは軽元素である炭素のみで構成されており、さらにきわめて高い対称性を持つことからスピン軌道相互作用が小さい。しかしながら近年修飾によって電子構造を変化させたり、物理的な変形や積層によって対称性を破ることで、スピン軌道相互作用を導入できることが知られてきた。2013年には最も軽い元素である水素によってグラフェンの100倍以上のである2.5meVというという巨大なスピン軌道相互作用の導入に成功したという驚くべき報告がなされたが、これは電気伝導度のみでの検証であり、スピン軌道相互作用によるスピン変換現象や操作の報告されていなかった。そこで本研究では強磁性体を用いて水素修飾グラフェンにスピン注入を行い、スピン軌道相互作用によるスピン電流変換現象やスピン操作を通じて水素修飾グラフェン内のスピン軌道相互作用増大現象の実証とデバイス化に取り組んできた。その結果、グラフェン中を流れる純スピン流と直交する方向に有限の電圧が生じることを明らかにした。またこの電圧が外部磁場を印加することで振動し、その周期が伝播する電子スピンの歳差運動と対応することから、スピン流による起電力であることを示した。これによってグラフェン内で、増大したスピン軌道相互作用による逆スピンホール効果が生じていることを実証した。さらに解析から面直のラッシュバスピン軌道相互作用によって面内方向の有効磁場が生じていることも明らかにした。また、グラフェンに限らずいくつかの原子層では細孔によって強磁性になることが明らかとなってきており、細孔をあけることで生じるエッジ強磁性を利用して強磁性元素を使用しないスピン注入素子の作成に取り組んできた。特に黒リンでは細孔構造と酸素終端により水素終端グラフェンの100倍もの磁化が生じることが明らかになった。
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すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (1件) (うち国際学会 1件)
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