半導体スピンカレントロニクス

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16H06330
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 白石 誠司 京都大学, 工学研究科, 教授 (30397682)
• 研究分担者: 安藤 裕一郎 京都大学, 工学研究科, 准教授 (50618361)
• 研究期間 (年度): 2016-05-31 – 2021-03-31
• キーワード: スピンカレント / 電界制御 / スピン軌道相互作用

研究実績の概要

最終年度は原子膜半導体である遷移金属ダイカルコゲナイド(TMD)MoS2に対してスピン計測用の垂直磁化膜を成長させ、当該電極とMoS2の間のショットキーバリアをゲート電圧印加によって実行的にゼロにできることを見出すとともに(NPG Asia Materials 2021. I.F.=10.0、及び新聞報道あり）、ワイル半金属である類似の原子膜物質であるWTe2において空間反転対称性の破れに伴う一種のスピン増幅効果が生じることを本提案でその実験技術をアップデートした電気的スピン計測手法で実証した（論文投稿中）。更にスピンカレント素子創出の最有力材料であることを本提案で実証したシリコンにおいて、従来の物性科学の常識を覆す人工的なスピン軌道相互作用(SOI)を、本質的にSOIの小さなシリコンに電界効果で創出できることを実験的に示した(Nature Materials 2021、I.F.=43.8、新聞報道あり）。また同じく本提案で当初想定を超える成果として見出した金属超薄膜におけるSOIのゲート制御の証左となる逆スピンホール効果の電界変調（2018年に実証）の逆効果である正スピンホール効果の電界変調にも成功し、Onsagerの相反性がここでも成立していることを示した(Scientific Reports 2021)。

現在までの達成度 (段落)

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] ワルターマイスナー研究所(ドイツ)
  • 国名: ドイツ
  • 外国機関名: ワルターマイスナー研究所
• [国際共同研究] ヴィクトリア大学ウェリントン(ニュージーランド)
  • 国名: ニュージーランド
  • 外国機関名: ヴィクトリア大学ウェリントン
• [雑誌論文] Synthetic Rashba spin-orbit system using a silicon metal-oxide semiconductor (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Lee, H. Koike, M. Goto, S. Miwa, Y. Suzuki, N. Yamashita, R. Ohshima, E. Shigematsu, Y. Ando and M. Shiraishi
  • 雑誌名: Nature Materials 巻: 20 ページ: 1228
  • 査読あり
• [雑誌論文] Modulation of spin-torque ferromagnetic resonance with a nanometer-thick platinum by ionic gating (2021)
  • 著者名/発表者名: R. Ohshima, Y. Kohsaka, Y. Ando, T. Shinjo and M. Shiraishi
  • 雑誌名: Scientific Reports 巻: 11 ページ: 21779
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin to charge conversion in Si/Cu/Ferromagnet systems investigated by ac inductive measurements (2021)
  • 著者名/発表者名: E. Shigematsu, L. Liensberger, M. Weiler, R. Ohshima, Y. Ando, T. Shinjo, H. Huebl and M. Shiraishi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 103 ページ: 094430
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Approaching barrier-free contacts to monolayer MoS2 employing [Co/Pt] multilayer electrodes (2021)
  • 著者名/発表者名: S. Gupta, F. Rortais, R. Ohshima, Y. Ando, T. Endo, Y. Miyata and M. Shiraishi
  • 雑誌名: NPG Asia Materials 巻: 13 ページ: 13
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant spin Hall angle in the Heusler alloy Weyl ferromagnet Co2MnGa (2021)
  • 著者名/発表者名: 6)L. Leiva, S. Granville, Y. Zhang, S. Dushenko, E. Shigematsu, T. Shinjo, R. Ohshima, Y. Ando and M. Shiraishi
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 103 ページ: L041114
  • 査読あり / 国際共著
• [備考] シリコンの新しいスピン物性を発見
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-06-11
• [備考] 原子膜半導体のスピン機能開拓に前進
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-02-09
• [備考] ワイル強磁性体の新しいスピン機能の発見
  • URL: https://www.kyoto-u.ac.jp/ja/research-news/2021-02-02