研究課題
スピン流はスピン角運動量の流れであり、スピントロニクス研究の根幹を担う。スピン流を効率よく生成・検出するためには、解決すべき課題は多い。最近の研究で、超伝導体にスピン流を注入すると、スピン流の検出効率が劇的に増大することが報告された。しかし、超伝導状態は低温に限られるため、より転移温度の高い超伝導体での研究が必要である。そこで本研究課題では、電界で転移温度が制御可能な原子層超伝導体、原子層強磁性体、また長距離スピン流輸送を可能にするグラフェンを用いて、原子層超伝導スピントロニクス素子を創製し、スピン流の検出効率を劇的に向上させることを目的としている。研究開始当初から使用していた原子層超伝導体NbSe2に関して、大きな展開があった。圧電性をもつLiNbO3基板上にNbSe2薄膜を準備し、1マイクロメートルの波長をもつ表面弾性波を照射しながらNbSe2薄膜の伝導特性を調べたところ、ゼロ電流付近で負の抵抗を観測した。この負の抵抗の絶対値は、温度の上昇や磁場の印加によって小さくなる。さらに同様のデバイスを、同じく原子層超伝導体NbS2やNb薄膜で行ったが、負の抵抗は観測されなかった。この比較実験から、負の抵抗の発現には、超伝導とNbSe2のみに発現する電荷密度波が重要な役割を果たしていることが分かった。またこの負の抵抗は、ジョセフソン接合と静電容量を用いた理論モデルで定性的に説明できることも分かった。また本年度は新たな原子層強磁性体として、Fe5GeTe2について研究を進め、薄膜デバイスでより垂直磁気異方性が強くなることを見出した。これらを組み合わせたスピントロニクスデバイスの研究は研究期間内には終了しなかったが、近い将来そのようなデバイスの創製、巨大スピンホール効果の測定は十分達成できる。さらに、研究開始時には想定していなかった現象が発見できたことは非常に大きな成果である。
令和元年度が最終年度であるため、記入しない。
すべて 2020 2019
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