原子層物質を用いた高スピン偏極面直電流磁気抵抗素子の研究

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 18K13985
• 研究機関: 国立研究開発法人量子科学技術研究開発機構
• 研究代表者: 李 松田 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 先端機能材料研究部, 主任研究員(定常) (90805649)
• 研究期間 (年度): 2018-04-01 – 2021-03-31
• キーワード: ホイスラー合金 / 二次元物質 / 磁気抵抗素子 / 高スピン偏極率 / グラフェン / 六方晶窒化ホウ素

研究実績の概要

本年度は下記の研究成果を得られた：
1. 全反射高速陽電子回折法（TRHEPD）放射光分光技術を用いて、グラフェン/ホイスラー合金ヘテロ構造の界面の層間距離を測った。その結果、グラフェン/ホイスラー合金ヘテロ構造の界面の層間距離はグラフェンと他の強磁性金属(コバルトやニッケル)からなる積層材料の場合(約0.20nm)と比較して著しく大きく約0.33nmであった。グラフェン/ホイスラー合金ヘテロ構造は弱いファンデルワールス力により結合することが示唆された。第一原理計算の結果と一致する。
2.スピン偏極陽電子消滅法を用いて、グラフェン/ホイスラー合金積層材料表面のスピン偏極状態を調べた。その結果、グラフェン/ホイスラー合金積層材料で僅かなスピン非対称率しか観測されなかった。グラフェンの電子状態に対するホイスラー合金の影響が少なく、グラフェンの本来の電子状態が保たれているためと考えられる。
3.ホイスラー合金薄膜の表面に単層二次元物質六方晶窒化ホウ素(h-BN)を100%の被覆率で成長する技術を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Spin-Polarized Positronium Time-of-Flight Spectroscopy for Probing Spin-Polarized Surface Electronic States (2021)
  • 著者名/発表者名: Maekawa M., Miyashita A., Sakai S., Li S., Entani S., Kawasuso A., Sakuraba Y.
  • 雑誌名: Physical Review Letters 巻: 126 ページ: 186401
  • DOI: 10.1103/PhysRevLett.126.186401
  • 査読あり
• [雑誌論文] Synchrotron X-ray standing wave Characterization of atomic arrangement at interface between transferred graphene and α-Al2O3 (0001) (2021)
  • 著者名/発表者名: Shiro Entani, Mitsunori Honda, Hiroshi Naramoto, Songtian Li, Seiji Sakai
  • 雑誌名: Surface Science 巻: 704 ページ: 121749
  • DOI: 10.1016/j.susc.2020.121749
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spin polarization of graphene on observed by spin-polarized surface positronium spectroscopy (2020)
  • 著者名/発表者名: A Miyashita, S Li, S Sakai, M Maekawa, A Kawasuso
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 045425
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.045425
  • 査読あり
• [学会発表] A Novel Graphene/Heusler Alloy Heterostructure for Advanced Spintronics (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Songtian, Pavel B. Sorokin, Entani Shiro, Kenta Amemiya, Yuya Sakuraba, Sakai Seiji
  • 学会等名: The 25th Hiroshima International Symposium on Synchrotron Radiation
  • 招待講演
• [学会発表] スピン流の高効率制御を可能にする革新的グラフェン/ホイスラー合金ヘテロ構造の創製 (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Songtian, K.V. Larionov, P. B. Sorokin, K. Amemiya, Entani Shiro, Y. Sakuraba, I. Mochizuki, K. Wada, Kawasuso Atsuo, Sakai Seiji
  • 学会等名: 2020年度量子ビームサイエンスフェスタ
  • 招待講演
• [学会発表] Spectroscopic studies of graphene/Heusler alloy heterostructure by using XMCD and TRHEPD (2021)
  • 著者名/発表者名: Li Songtian, songtian li, K.V. Larionov , P. B. Sorokin, K. Amemiya, Entani Shiro, Y. Sakuraba, I. Mochizuki, K. Wada, Kawasuso Atsuo, Sakai Seiji
  • 学会等名: 低速陽電子実験施設研究会