Ge(110)表面における単一配向極薄Geナノワイヤーの創製と応用開拓

2017 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 16K13678
• 研究機関: 筑波大学
• 研究代表者: 山田 洋一 筑波大学, 数理物質系, 講師 (20435598)
• 研究分担者: 境 誠司 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構, 高崎量子応用研究所 東海量子ビーム応用研究センター, 上席研究員(定常) (10354929)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2018-03-31
• キーワード: Ge / スピン偏極 / 単原子層物質

研究実績の概要

本年度では独自に作成した単一配向極薄Geナノワイヤーの電気伝導及びスピン伝導を計測する予定であった。しかし、研究分担者の研究体制の大幅な変更があり、これらの計測する装置の稼働が困難な状況となったため、これらの計画は本研究期間終了後に延期となった。本年度は、本研究計画のもう一つの重要な目的である、極薄GeナノワイヤーとAuやPtなどの比較的重い元素と界面でのスピン配向制御を目的とした基礎研究を行った。このため、単原子層物質と、磁性体のナノ粒子や、磁性絶縁体とのよく定義された界面をモデル系に取り、スピンの配向制御と評価研究を遂行した。
単原子層物質-磁性体ナノ粒子界面の研究では、単原子層h-BN上にCoナノ粒子の粒径制御が可能となった。走査トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡を用いてこの系の構造を詳細に明らかにした。その後、この試料に対し、深さ分解のX線磁気円二色性分光を利用し、界面における磁気異方性を調べた。この結果、粒径を適切に制御したCoナノ粒子と単原子層h-BN界面において、Coナノ粒子は垂直磁気異方性を示すことが明らかになった。本研究成果はAppl. Phys. Lett.に掲載された。
単原子層物質-磁性絶縁体界面の研究では、YIGに転写したgrapheneを例に取り、準安定He原子ビームを用いてgrapheneのスピンの直接観察を行った。この結果、grapheneのπ電子のスピン偏極が明瞭に確認された。理論計算の結果、YIGとgrapheneは酸素を介して結合しており、これがπバンドのスピンを編曲させていることが明らかとなった。本研究成果はAdv. Fnct. Mater.に掲載された。

研究成果

• [雑誌論文] Dirac Cone Spin Polarization of Graphene by Magnetic Insulator Proximity Effect Probed with Outermost Surface Spin Spectroscopy (2018)
  • 著者名/発表者名: Seiji Sakai, Sergei V. Erohin, Zakhar. Popov, Satoshi Haku, Takahiro Watanabe, Yoichi Yamada, Shiro Entani, Songtian Li,Pavel V. Avramov,Hiroshi Naramoto, Kazuya Ando,Pavel B. Sorokin, and Yasushi Yamauchi
  • 雑誌名: Adv. Fanct. Mater. 巻: 28 ページ: 1800462
  • DOI: 10.1002/adfm.201800462
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Electronic structure of Li+@C60: Photoelectron spectroscopy of the Li+@C60[PF6-] salt and STM of the single Li+@C60 molecules on Cu(111) (2018)
  • 著者名/発表者名: Yoichi Yamada; A. V. Kuklin; Sho Sato; Fumitaka Esaka; Naoya Sumi; Chunyang Zhang; Masahiro Sasaki; Eunsang KWON; Yasuhiko Kasama; P. V. Avramov; Seiji Sakai
  • 雑誌名: Carbon 巻: 133 ページ: 23-30
  • DOI: 10.1016/j.carbon.2018.02.106
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Well-Ordered 4CzIPN ((4s,6s)-2,4,5,6-tetra(9Hcarbazol-9- Yl)isophthalonitrile) Layers: Molecular Orientation, Electronic Structure, and Angular Distribution of Photoluminescence (2018)
  • 著者名/発表者名: Hasegawa, Yuri; Yamada, Yoichi; Sasaki, Masahiro; Hosokai, Takuya; Nakanotani, Hajime; Adachi, Chihay
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. Lett. 巻: 9 ページ: 853-867
  • DOI: DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b03232
  • 査読あり
• [雑誌論文] Well-ordered films of disk-shaped thermally activated delayed fluorescence molecules (2018)
  • 著者名/発表者名: Yuri Hasegawa; Hayato Minami; Satoru Kanada; Yoichi Yamada; Masahiro Sasaki; Takuya Hosokai; Hajime Nakanotani; Chihaya Adachi
  • 雑誌名: J. Phonon. Energy 巻: 8 ページ: 032110
  • DOI: DOI: 10.1117/1.JPE.8.032110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Electron emission properties of graphene-oxide-semiconductor planar-type electron emission devices (2018)
  • 著者名/発表者名: Katsuhisa Murakami, Shunsuke Tanaka, Takuya Iijima, Masayoshi Nagao, Yoshihiro Nemoto, Masaki Takeguchi, Yoichi Yamada, Masahiro Sasaki
  • 雑誌名: J. Vac. Sci. Technol.B 巻: 36 ページ: 02C110
  • 査読あり
• [雑誌論文] Interface-induced perpendicular magnetic anisotropy of Co nanoparticles on single-layer h-BN/Pt(111) (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe Takahiro、Yamada Yoichi、Koide Akihiro、Entani Shiro、Li Songtian、Popov Zakhar I.、Sorokin Pavel B.、Naramoto Hiroshi、Sasaki Masahiro、Amemiya Kenta、Sakai Seiji
  • 雑誌名: Appl.Phys. Lett 巻: 112 ページ: 022407～022407
  • DOI: 10.1063/1.5010836
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Extensive First-Principles Molecular Dynamics Study on the Li Encapsulation into C60 and Its Experimental Confirmation (2018)
  • 著者名/発表者名: K Ohno, A Manjanath, Y Kawazoe, R Hatakeyama,F Misaizu,E Kwon,H Fukumura,H Ogasawara, Y Yamada, C Zhang, N Sumi,T Kamigaki, K Kawachi,K Yokoo, S Ono, and Y Kasama
  • 雑誌名: Nanoscale 巻: 10 ページ: 1825-1836
  • DOI: 10.1039/C7NR07237F
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] 低真空・低電圧で動作するグラフェンを用いた高効率平面型電子源 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村上 勝久、宮路 丈司、古家 遼、安達 学、飯島 拓也、長尾 昌善、根本 善弘、竹口 雅樹、鷹尾 祥典、山田 洋一、佐々木 正洋、根尾 陽一郎、三村 秀典
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
  • 招待講演
• [学会発表] First Direct Synthesis of Graphene/Half-metallic Heusler Alloy Heterostructure for Spintronic Device Applications (2018)
  • 著者名/発表者名: Songtian Li、Takahiro Watanabe、Yoichi Yamada、Shiro Entani、Pavel B. Sorokin、Yuya Sakuraba、Kenta Amemiya、Seiji Sakai
  • 学会等名: 第65回応用物理学会春季学術講演会
• [学会発表] ナノ炭素材料のFEM/FIM (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田 洋一
  • 学会等名: 日本学術振興会真空ナノエレクトロニクス第158委員会第122回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 有機半導体単材料の分子レベル計測 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山田洋一
  • 学会等名: 第14回真空ナノエレクトロニクスシンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] Controlling magnetic property of metal nanoparticles utilizing single layer h-BN (2017)
  • 著者名/発表者名: T. Watanabe, Y. Yamada, M. Sasaki, A. Koide, S. Entani, K. Amemiya;and S. Sakai
  • 学会等名: 8th International Symposium on Surface Science
  • 国際学会
• [学会発表] 単層h-BNを用いた金属ナノ粒子の磁性制御 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 貴弘、山田 洋一、佐々木 正洋、小出 明広、圓谷 志郎、雨宮 健太、境 誠司
  • 学会等名: 第78回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 単層h-BN上における強磁性Coナノ粒子の作製 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡邉 貴弘、山田 洋一、佐々木 正洋、小出 明広、圓谷 志郎、雨宮 健太、境 誠司
  • 学会等名: 第77回応用物理学会秋季学術講演会
• [学会発表] 超音速He原子線を用いた水素吸蔵中のPd(110)表面の計測 (2017)
  • 著者名/発表者名: 山田洋一
  • 学会等名: 材料中の水素機能解析技術 第190委員会 平成29年度第3回研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 表面における機能性分子の自己組織化によるマクロ機能創出の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 山田洋一
  • 学会等名: 日本学術振興会真空ナノエレクトロニクス第158委員会第117回研究会
  • 招待講演
• [備考] 佐々木山田研究室
  • URL: http://www.bk.tsukuba.ac.jp/~surflab/index.html