グラフェンナノリボンを用いた新しいスピンフィルタ機能の創製

2020 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19K21850
• 研究機関: 大阪大学
• 研究代表者: 新見 康洋 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (00574617)
• 研究期間 (年度): 2019-06-28 – 2021-03-31
• キーワード: グラフェン / ナノリボン / トポロジー / スピンフィルタ

研究実績の概要

本研究課題では、グラフェン1次元鎖（ナノリボン）に生じる「グラフェン端状態」を用いて、スピントロニクスにこれまでなかったスピンフィルタ機能の実現を目的とする。
これまでの研究で、バルクのグラファイト表面に酸素、水素プラズマエッチングを施すことで、ジグザグ型の端のみを有する六角形の穴（ナノピット）を作り、六角形ナノピット間に挟まれたところは、ジグザグ端ナノリボンになることが示されていた。しかし、これを数層グラフェンで行った試みはなかったため、まずは数層グラフェンの表面に対して、六角形ナノピットが作製できる酸素、水素プラズマの条件出しを行った。六角形ナノピット自体は作製することに成功したが、この手法ではランダムにしかナノピットが作製できず、制御性良くナノリボンが得られない。そのため、電子線リソグラフィーを用いて、所望の位置だけエッチングされる工夫をした。現在保有している原子間力顕微鏡では分解能の問題で、ジグザグ端をもつグラフェンナノリボンが作製できているかを確認することはできなかった。そこで試料全体に対して電極を取り付け、磁気抵抗を測定したところ、ゼロ磁場付近に弱局在に由来するピーク構造を観測した。このピーク構造は温度の上昇とともに消滅すること、またエッチング時間が増えるほどピーク構造が鋭くなることから、弱局在効果だと断定できる。現在、上記の内容に関しては論文執筆中である。
今後は、ジグザグ端をもつグラフェンナノリボンが作製できているか、高分解能原子間力顕微鏡で確認したうえで、強磁性体電極を取り付けて、スピン輸送測定を行い、端のスピン状態を電界で制御可能なスピンフィルタを創製する。グラフェンナノリボンでスピンフィルタを実現できれば、1次元フラットバンド強磁性という未だ実証されていない物性物理の基本問題に答えるだけでなく、スピン抽出という新機能をスピントロニクスデバイスに付与できる。

研究成果

• [雑誌論文] Itinerant ferromagnetism mediated by giant spin polarization of the metallic ligand band in the van der Waals magnet Fe5GeTe2 (2021)
  • 著者名/発表者名: K. Yamagami, Y. Fujisawa, B. Driesen, C. H. Hsu, K. Kawaguchi, H. Tanaka, T. Kondo, Y. Zhang, H. Wadati, K. Araki, T. Takeda, Y. Takeda, T. Muro, F. C. Chuang, Y. Niimi, K. Kuroda, M. Kobayashi, and Y. Okada
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 103 ページ: L060403-1~6
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.103.L060403
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Butterfly-shaped magnetoresistance in van der Waals ferromagnet Fe5GeTe2 (2021)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta, M. Tokuda, S. Iwakiri, K. Sakai, B. Driesen, Y. Okada, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 ページ: 025014-1~5
  • DOI: 10.1063/9.0000067
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Shubnikov-de-Haas oscillation and possible modification of effective mass in CeTe3 thin films (2021)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe, R. Nakamura, S.-H. Lee, T. Asano, T. Ibe, M. Tokuda, H. Taniguchi, D. Ueta, Y. Okada, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 11 ページ: 015005-1~5
  • DOI: 10.1063/9.0000074
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Spin treacle in a frustrated magnet observed with spin current (2020)
  • 著者名/発表者名: H. Taniguchi, M. Watanabe, T. Ibe, M. Tokuda, T. Arakawa, T. Taniguchi, B. Gu, T. Ziman, S. Maekawa, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 094405-1~7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.094405
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Negative resistance state in superconducting NbSe2 induced by surface acoustic waves (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Yokoi, S. Fujiwara, T. Kawamura, T. Arakawa, K. Aoyama, H. Fukuyama, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 雑誌名: Science Advances 巻: 6 ページ: eaba1377-1~5
  • DOI: 10.1126/sciadv.aba1377
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Quantum oscillations with magnetic hysteresis observed in CeTe3 thin films (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe, S.-H. Lee, T. Asano, T. Ibe, M. Tokuda, H. Taniguchi, D. Ueta, Y. Okada, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 117 ページ: 072403-1~5
  • DOI: 10.1063/5.0007517
  • 査読あり
• [雑誌論文] Etching process of narrow wire and application to tunable-barrier electron pump (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Norimoto, S. Iwakiri, M. Yokoi, T. Arakawa, Y. Niimi, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Review of Scientific Instruments 巻: 91 ページ: 08511-1~4
  • DOI: 10.1063/5.0011767
  • 査読あり
• [雑誌論文] Tunneling mechanism in a (Ga,Mn)As/GaAs-based spin Esaki diode investigated by bias-dependent shot noise measurements (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Arakawa, J. Shiogai, M. Maeda, M. Ciorga, M. Utz, D. Schuh, Y. Niimi, M. Kohda, J. Nitta, D. Bougeard, D. Weiss, and K. Kobayashi
  • 雑誌名: Physical Review B 巻: 102 ページ: 045308-1~7
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.102.045308
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Multiple modes of a single spin torque oscillator under the non-linear region (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Sugimoto, S. Iwakiri, Y. Kozuka, Y. K. Takahashi, Y. Niimi, K. Kobayashi, and S. Kasai
  • 雑誌名: AIP Advances 巻: 10 ページ: 075115-1~6
  • DOI: 10.1063/5.0013105
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Generation of multipeak spectrum of spin torque oscillator in non-linear regime (2020)
  • 著者名/発表者名: S. Iwakiri, S. Sugimoto, Y. Niimi, K. Kobayashi, Y. Kozuka, Y. K. Takahashi, and S. Kasai
  • 雑誌名: Applied Physics Letters 巻: 117 ページ: 022406-1~4
  • DOI: 10.1063/5.0013102
  • 査読あり
• [学会発表] スピン流を用いた微小磁性体における磁気ゆらぎの検出 (2021)
  • 著者名/発表者名: 新見康洋
  • 学会等名: 第10回酸化物研究の新機軸に向けた学際討論会
  • 招待講演
• [学会発表] 新しい原子層磁性体の開拓とそのスピン物性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 新見康洋
  • 学会等名: 第68回化合物新磁性材料専門研究会「低次元カルコゲナイドの新機能・物性・デバイス 研究」
  • 招待講演
• [学会発表] 金属超薄膜における電場侵入効果 (2021)
  • 著者名/発表者名: 岩切秀一、杉本聡志、新見康洋、葛西伸哉、小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] カイラル磁性体CrNb3S6薄膜におけるスピン輸送測定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 鈴木将太、佐々木壱晟、太田智陽、川原遼馬、谷口祐紀、荒川智紀、乾皓人、島本雄介、高阪勇輔、戸川欣彦、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 原子層強磁性体/超伝導体ヘテロ接合における輸送特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 太田智陽、藤原浩司、大星和毅、山神光平、岡田佳憲、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] FeTe0.6Se0.4薄膜素子の輸送特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 中村瞭弥、渡邉杜、徳田将志、坂井康介、中島正道、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Bi/Ni超伝導薄膜の上部臨界磁場測定2 (2021)
  • 著者名/発表者名: 徳田将志、中尾舞、渡邉杜、S.-H. Lee、中村瞭弥、Yue Di、Jin Xiao-Feng、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] グラフェンアンチドット格子における弱局在効果の変調 (2021)
  • 著者名/発表者名: 大星和毅、花田尚輝、岩切秀一、松井朋裕、福山寛、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] 磁性トポロジカル絶縁体MnSb2Te4薄膜における輸送特性 (2021)
  • 著者名/発表者名: 勝村亮太、太田智陽、坂井康介、鈴木将太、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会第76回年次大会
• [学会発表] Coexistance of Quantum Oscillation and Magnetic Hysteresis in CeTe3 Thin Films (2020)
  • 著者名/発表者名: M. Watanabe, S.-H. Lee, T. Asano, T. Ibe, M. Tokuda, H. Taniguchi, D.Ueta, Y. Okada, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 学会等名: 65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] Enhancement of Coercive Field in van der Waals Ferromagnet Fe5GeTe2 (2020)
  • 著者名/発表者名: T. Ohta, K. Sakai, H. Taniguchi, B. Driesen, Y. Okada, K. Kobayashi, and Y. Niimi
  • 学会等名: 65th Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2020)
  • 国際学会
• [学会発表] ファンデルワールス強磁性金属Fe5GeTe2における垂直磁気異方性の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田智陽、坂井康介、谷口祐紀、Benjamin Driesen、岡田佳憲、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: Spin-RNJ若手オンライン研究発表会
• [学会発表] ナノメートルの世界の物理 (2020)
  • 著者名/発表者名: 新見康洋
  • 学会等名: 大阪大学理学部能動性懇談会
  • 招待講演
• [学会発表] 新奇ナノスケール物性の開拓とスピン流物理の学理の構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 新見康洋
  • 学会等名: 物性研究所ワークショップ「ナノスケール物性科学の最先端と新展開」
  • 招待講演
• [学会発表] ファンデルワールス強磁性金属Fe5GeTe2における垂直磁気異方性の評価 (2020)
  • 著者名/発表者名: 太田智陽、坂井康介、谷口祐紀、Benjamin Driesen、岡田佳憲、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] カイラル磁性体CrNb3S6薄膜における逆スピンホール効果の観測 (2020)
  • 著者名/発表者名: 佐々木壱晟、太田智陽、川原遼馬、谷口祐紀、荒川智紀、乾皓人、島本雄介、高阪勇輔、戸川欣彦、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 磁気トンネル接合における非線形輸送 (2020)
  • 著者名/発表者名: 岩切秀一、杉本聡志、大湊友也、加藤岳生、松尾衛、新見康洋、葛西伸哉、小林研介
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] 円偏波空洞共振器を用いた動的伝導度測定による量子ホール効果の研究 (2020)
  • 著者名/発表者名: 荒川智紀、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] NbSe3薄膜における電荷密度波スライディング特性 (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤原浩司、岩切秀一、横井雅彦、渡邉杜、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] エッチンググラフェンのおける弱局在効果の増幅 (2020)
  • 著者名/発表者名: 花田尚輝、岩切秀一、浅野拓也、松井朋裕、福山寛、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Bi/Ni超伝導薄膜のパラ伝導度の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 徳田将志、中尾舞、岩切秀一、Yue Di、Jin Xiao-Feng、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Bi/Ni超伝導薄膜の上部臨界磁場の解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 中尾舞、徳田将志、Yue Di、Jin Xiao-Feng、小林研介、新見康洋
  • 学会等名: 日本物理学会2020年秋季大会
• [学会発表] Switching of the phase of supercurrent in a chiral superconductor Bi/Ni ring (2020)
  • 著者名/発表者名: 新見康洋
  • 学会等名: 名古屋大学・大学院工学研究科・応用物理学専攻・量子物理工学講座・物性基礎工学研究グループ・セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 原子層ナノデバイス (2020)
  • 著者名/発表者名: 新見康洋
  • 学会等名: 第25回半導体におけるスピン工学の基礎と応用
  • 招待講演
• [備考] 原子層超伝導体に振動外場を加えて負の抵抗が実現！―新しい超伝導デバイスへの道―
  • URL: https://www.sci.osaka-u.ac.jp/ja/topics/8683/