2021 年度研究成果報告書

キラル有機結晶における静的-動的キラリティ変換を用いたスピン流生成の開拓

研究課題

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研究課題/領域番号	20K20903
研究種目	挑戦的研究(萌芽)
配分区分	基金
審査区分	中区分13:物性物理学およびその関連分野
研究機関	分子科学研究所
研究代表者	廣部大地分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (70823235)
研究期間 (年度)	2020-07-30 – 2022-03-31
キーワード	スピン流 / キラリティ
研究成果の概要	キラル分子は高効率な電子スピンフィルタとして機能し、これはキラル誘起スピン選択性として知られる。軽元素のみからなる分子でもスピン偏極率が典型的な強磁性体のそれに迫り、キラル誘起スピン選択性はスピントロニクスへ積極的に展開される。しかし、高スピン偏極の機構は模索段階にある。本研究では、時間反転対称性の破れに基づくキラル誘起スピン選択性の作業仮説を、キラルな有機結晶で検証した。その結果、結晶端に生じる反平行スピン対とスピン軌道相互作用の実効的増大というキラル誘起スピン選択性の特徴を見出すことに成功した。本研究成果がキラル誘起スピン選択性の機構解明に資すると期待する。
自由記述の分野	スピントロニクス
研究成果の学術的意義や社会的意義	従来のスピントロニクスでは、電気的スピン流生成のために、第一に強磁性金属のスピン交換結合、第二に貴金属や異種接合界面における強いスピン軌道相互作用が活用された。これらの物質観では、非磁性かつスピン軌道相互作用の小さな軽元素は、一見するとスピン流生成に不適である。それゆえ、キラルな有機結晶での静的-動的キラリティ変換に関する本研究成果は、従来の概念体系にないスピントロニクス効果の存在を支持するものである。また、π電子系を基軸とする本アプローチは、固体物性と分子科学を架橋する点で有為であり、双方のスピントロニクス関連分野に新たな物質設計指針を提供することも期待できる。