フラーレンー遷移金属ハイブリッド材料のスピン輸送機能デザイン

2009 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 19360290
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: 金属物性
• 研究機関: 日本原子力研究開発機構
• 研究代表者: 境 誠司 日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究副主幹 (10354929)
• 研究分担者: 三谷 誠司 物質材料研究機構, 磁性材料センター, グループリーダー (20250813) ; 馬場 祐治 日本原子力研究開発機構, 量子ビーム応用部門, グループリーダー (90360403) ; アブラモフ パベル Kirensky Institute of Physics, 教授 (00414582) ; 松本 吉弘 日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 研究員 (80455287) ; 圓谷 志郎 日本原子力研究開発機構, 先端基礎研究センター, 博士研究員 (40549664)
• 研究期間 (年度): 2007 – 2009
• キーワード: ナノ物性 / フラーレン / 遷移金属 / ナノ粒子 / 磁気抵抗 / スピントロニクス

研究概要

フラーレン(C_<60>)-コバルト(Co)系グラニュラー薄膜(C_<60>-Co化合物中にCoナノ粒子が分散)の巨大トンネル磁気抵抗(TMR)効果について、組成によるCoナノ粒子の分散状態の変化を反映して最大1000%の磁気抵抗が生じることを明らかにした。放射光を用いた分光実験の結果、薄膜中のC_<60>-Co化合物が局在スピンによる磁性を示すこと、同スピンがTMR効果の温度依存性に大きな影響を与えることが明らかなった。ナノ積層素子の磁気伝導特性を解析した結果、巨大TMR効果が、高次コトンネルによるトンネル伝導、及び、ナノ粒子界面(C_<60>-Co化合物/Co結晶)で生じるトンネル電子の完全に近いスピン偏極状態(スピン偏極率80%以上)に起因することが明らかになった。

研究成果

• [雑誌論文] Self-Assembling Hybrid Nanoparticles During Simultaneous Deposition of Co and C60 on Sapphire (2009)
  • 著者名/発表者名: V. Lavrentiev, V.J. Vacik, H. Naramoto, S. Sakai
  • 雑誌名: J. Nanoscience and Nanotechnology 9 ページ: 4305-4310
  • 査読あり
• [雑誌論文] X-ray absorption spectroscopy and magnetic circular dichroism in codeposited C60Co films with giant tunnel magnetoresistance (2009)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, S. Sakai, Y. Takagi, T. Nakagawa, T. Yokoyama, Y. Shimada, S. Mitani, K. Takanashi, H. Naramoto, Y. Maeda
  • 雑誌名: Chem. Phys. Lett. 470 ページ: 244-248
  • 査読あり
• [雑誌論文] Uniformly dimerized C60 film prepared by deposition under in-situ photoirradiation (2008)
  • 著者名/発表者名: H. Tanimoto, K. Yamada, H. Mizubayashi, Y. Matsumoto, H. Naramoto, S. Sakai
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 93 ページ: 151919-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Theoretical DFT Study of Atomic Structure and Spin States of the Cox(C60)n (x=3-8, n=1, 2) Complex Nanoclusters (2008)
  • 著者名/発表者名: P. Avramov, S. Sakai, H. Naramoto, K. Narumi, Y. Matsumoto, Y. Maeda
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. C 112 ページ: 13932-13936
  • 査読あり
• [雑誌論文] Giant tunnel magnetoresistance in codeposited fullerene-cobalt films in the low bias-voltage regime (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, I. Sugai, S. Mitani, K. Takanashi, Y. Matsumoto, H. Naramoto, P.V. Avramov, S. Okayasu, Y. Maeda
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 91 ページ: 242104-1-3
  • 査読あり
• [雑誌論文] Comparative study of structures and electrical properties in cobalt-fullerene mixtures by systematic change of cobalt content (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, H. Naramoto, P.V. Avramov, T. Yaita, V. Lavrentiev, K. Narumi, Y. Baba, Y. Maeda
  • 雑誌名: Thin Solid Films 515 ページ: 7758-7764
  • 査読あり
• [雑誌論文] Magnetic and Magnetotransport Properties in Nanogranular Co/C60-Co Film with High Magnetoresitance (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, K. Yakushiji, S. Mitani, K. Takanashi, H. Naramoto, P.V. Avramov, V. Lavrentiev, K. Narumi, Y. Maeda
  • 雑誌名: Mater. Trans. 48 ページ: 754-758
  • 査読あり
• [雑誌論文] Quantum Chemical Study of Atomic Structure Evolution of the Cox/C60 (x < 2. 8) Composites (2007)
  • 著者名/発表者名: P.V. Avramov, H. Naramoto, S. Sakai, K. Narumi, V. Lavrentiev, Y. Maeda
  • 雑誌名: J. Phys. Chem. A 111 ページ: 2299-2306
  • 査読あり
• [学会発表] フラーレン-コバルト系薄膜に於ける高スピン偏極トンネル電流 (2010)
  • 著者名/発表者名: 境誠司, 松本吉弘, 圓谷志郎, 菅井勇, 高梨弘毅, 三谷誠司, 楢本洋, 前田佳均
  • 学会等名: 日本金属学会2010年春期大会(第146回)
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20100328-20100330
• [学会発表] 顕微ラマン分光法によるグラフェン/磁性金属界面の相互作用の評価 (2010)
  • 著者名/発表者名: 圓谷志郎, 境誠司, 松本吉弘, 楢本洋, 高梨弘毅, 前田佳均
  • 学会等名: 日本金属学会2010年春期大会(第146回)
  • 発表場所: つくば
  • 年月日: 20100328-20100330
• [学会発表] 巨大TMR効果に影響を及ぼすC60-Co化合物の電子/スピン状態(II) (2010)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘, 境誠司, 圓谷志郎, 永松伸一, 北條育子, 藤川高志, 島田敏宏, 楢本洋, 前田佳均, 横山利彦
  • 学会等名: 2010年春季第57回応用物理学関係連合講演会
  • 発表場所: 平塚
  • 年月日: 20100317-20100320
• [学会発表] Magnetic properties of C60-Co compound in granular C60-Co films with giant TMR effect (2010)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, S. Sakai, S. Entani, Y. Takagi, T. Nakagawa, S. Nagamatsu, T. Shimada, H. Naramoto, T. Yokoyama, Y. Maeda
  • 学会等名: 11th Joint MMM-Intermag Conreference
  • 発表場所: Washington, DC, USA
  • 年月日: 20100114-20100117
• [学会発表] interface spin-polarization in granular C60-Co films (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, Y. Matsumoto, S. Entani, I. Sugai, K. Takanashi, Y. Takagi, T. Nakagawa, T. Yokoyama, T. Shimada, H. Naramoto, Y. Maeda
  • 学会等名: International IMRWorkshop onGroup IV Spintronics
  • 発表場所: Sendai, Miyagi, Japan
  • 年月日: 20091005-20091006
• [学会発表] グラニュラーC60-Co薄膜の巨大TMR効果と高スピン偏極界面 (2009)
  • 著者名/発表者名: 境誠司, 松本吉弘, 圓谷志郎, 菅井勇, 三谷誠司, 高梨弘毅, 楢本洋, 前田佳均
  • 学会等名: 2009年秋季第70回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 富山
  • 年月日: 20090908-20090911
• [学会発表] Giant TMR effect and spin states in fullerene-cobalt hybrid films (2009)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, Y. Masumoto, S. Mitani, K. Takanashi, Y. Takagi, T. Nakagawa, T. Yokoyama, T. Shimada, H. Naramoto, Y. Maeda
  • 学会等名: 2nd Topical Meeting on Spins in Organic Semiconductors (SPINOS 2009)
  • 発表場所: Salt Lake City, Utah, USA
  • 年月日: 20090204-20090207
• [学会発表] フラーレン-Coハイブリッド系グラニュラー薄膜の磁気伝導現象と電子・スピン状態 (2009)
  • 著者名/発表者名: 境誠司
  • 学会等名: 日本金属学会分科会シンポジウム「スピントロニクス・ナノ磁性材料の進展と将来展望」
  • 発表場所: 仙台
  • 年月日: 2009-01-06
• [学会発表] Electronic and Spin States of C60-Co Thin Films Studied by XPS and X-ray Magnetic Circular Dichroism (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, S. Sakai, H. Naramoto, T. Nakagawa, Y. Takagi, T. Yokoyama, T. Shimada, N. Hirao, Y. Baba, Y. Maeda
  • 学会等名: Materials Research Society(MRS) 2008 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20081201-20081205
• [学会発表] Giant TMR effect in granular-structured C60-Co hybrid films (2008)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, Y. Matsumoto, I. Sugai, S. Mitani, K. Takanashi, Y. Takagi, T. Nakagawa, T. Yokoyama, H. Naramoto, Y. Maeda
  • 学会等名: Materials Research Society(MRS) 2008 Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20081201-20081205
• [学会発表] 巨大トンネル磁気抵抗効果を示すC60-Co共蒸着薄膜の電子・磁気状態 (2008)
  • 著者名/発表者名: 松本吉弘, 境誠司, 楢本洋, 中川剛志, 高木康多, 横山利彦, 島田敏宏, 三谷誠司, 高梨弘毅、前田佳均
  • 学会等名: 第2回分子科学討論会
  • 発表場所: 福岡
  • 年月日: 20080924-20080927
• [学会発表] 巨大トンネル磁気抵抗を示すC60-Co薄膜の磁気伝導特性の系統的評価 (2008)
  • 著者名/発表者名: 境誠司, 松本吉弘, 菅井勇, 三谷誠司, 高梨弘毅, 楢本洋, 岡安悟, 前田佳均
  • 学会等名: 2008年秋季第69回応用物理学会学術講演会
  • 発表場所: 愛知
  • 年月日: 20080902-20080905
• [学会発表] The Electronic Structures of Fullerene - Transition Metal Hybrid Material (2008)
  • 著者名/発表者名: Y. Matsumoto, S. Sakai, H. Naramoto, N. Hirao, Y. Baba, I. Sugai, K. Takanashi, S. Okayasu, Y. Maeda
  • 学会等名: 2008 Materials Research Society (MRS) Spring Meeting
  • 発表場所: San Francisco, USA
  • 年月日: 20080324-20080328
• [学会発表] C60-Co薄膜のトンネル磁気抵抗効果の組成依存性 (2008)
  • 著者名/発表者名: 境誠司, 菅井勇, 三谷誠司, 松本吉弘, 高梨弘毅, 楢本洋, Pavel Avramov, 岡安悟, 前田佳均
  • 学会等名: 日本金属学会2008年春期(第142回)大会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2008-03-28
• [学会発表] Large TunnelMagnetoresistance in Co-evaportated C60-Co Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: S. Sakai, I. Sugai, S. Mitani, Y. Matsumoto, K. Takanashi, H. Naramoto, P.V. Avramov, S. Okayasu, Y. Maeda
  • 学会等名: 2007 Materials Research Society(MRS) Fall Meeting
  • 発表場所: Boston, USA
  • 年月日: 20071126-20071130
• [学会発表] Large Magnetoresistance Effect in C60-Co Nanogranular Thin Films (2007)
  • 著者名/発表者名: I. Sugai, S. Sakai, S. Mitani, Y. Matsumoto, K. Takanashi, H. Naramoto, P.V. Avramov, S. Okayasu, Y. Maeda
  • 学会等名: 52nd Magnetism andMagneticMaterials Conference
  • 発表場所: Tampa, USA
  • 年月日: 20071105-20071109
• [学会発表] フラーレン-コバルト薄膜の磁気抵抗効果と構造 (2007)
  • 著者名/発表者名: 境誠司, 菅井勇, 三谷誠司, 松本吉弘, 高梨弘毅, 楢本洋, 岡安悟, 前田佳均
  • 学会等名: 日本応用磁気学会第31回学術講演会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 20070911-20070914
• [備考]
  • URL: http://asrc.jaea.go.jp/
• [備考] フラーレン-コバルト化合物を含むナノグラニュラー薄膜に巨大な磁気抵抗効果を発見-フラーレンのスピントロニクス分野への応用を拓く-,境誠司,日本原子力研究開発機構プレス発表,平成18年9月発表
• [備考] フラーレン-コバルト薄膜の巨大な磁気抵抗効果の起源を解明-有機分子のスピンが流れる電子のスピンを偏らせる-,松本吉弘,境誠司,日本原子力研究開発機構プレス発表,平成21年1月発表