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2012 年度 実績報告書

スピンホール効果を用いた5d電子系酸化物におけるスピン・軌道相互作用の学理構築

研究課題

研究課題/領域番号 22340108
研究機関独立行政法人理化学研究所

研究代表者

松野 丈夫  独立行政法人理化学研究所, 高木磁性研究室, 専任研究員 (00443028)

研究分担者 福間 康裕  独立行政法人理化学研究所, 量子ナノ磁性研究チーム, 客員研究員 (90513466)
研究期間 (年度) 2010-04-01 – 2013-03-31
キーワード強相関系 / スピン・軌道相互作用 / 5d電子系 / スピンホール効果 / スピントロニクス
研究概要

1.昨年度に発見した半金属SrIrO3とバンド絶縁体SrTiO3を積層した人工超格子におけるスピン・軌道相互作用誘起モット絶縁体について、電子構造と磁気構造を検証した。硬X線光電子分光と軟X線吸収分光から、Ir 5dバンドがフェルミ準位近傍に存在する一方、Ti 3dバンドはフェルミレベルより2 eV程度高い位置にあることを見出した。すなわち超格子中においてSrTiO3が良いブロック相として作用し、電子構造はIr 5d電子の低次元閉じ込めとして記述できることが分かった。また、Ir L吸収端における巨大な共鳴効果を利用し、超格子薄膜における共鳴磁気X線回折を行った。磁気ピーク(1/2, 1/2, 5)が観測され、IrO2面内の磁気単位格子がSr2IrO4と同様の反強磁性秩序と矛盾しないことを見出した。併せて、これらの電子構造・磁気構造が安定であることを理論計算で検証するとともに、SrTiO3のブロック層を介したIrO2面間が強磁性的に結合することを見出した。高度に制御された人工超格子作製技術により、スピン・軌道相互作用と電子相関の協奏が次元性の効果が明らかになった。
2.昨年度に開発したスピンダイナミクスを用いたスピン流生成技術(スピンポンピング法)を用いて、IrO2薄膜中へのスピン注入を行い、逆スピンホール効果の検出に成功した。その電圧信号はPtの場合と比較して約10倍であり、初年度に観測した面内スピンバルブ素子を用いたスピン吸収法により得られた結果とよく一致している。2つの異なるスピン流に対して同様のスピン流→電圧変換特性を示すことから、5d遷移金属酸化物が高効率スピン流検出用材料として非常に有望であると結論した。

現在までの達成度 (区分)
理由

24年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

24年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (6件)

すべて 2012 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (5件) (うち招待講演 4件)

  • [雑誌論文] Two-Dimensional Heisenberg Behavior of Jeff = 1/2 Isospins in the Paramagnetic State of the Spin-Orbital Mott Insulator Sr2IrO42012

    • 著者名/発表者名
      S. Fujiyama, H. Ohsumi, T. Komesu, J. Matsuno, B. J. Kim, M. Takata, T. Arima, and H. Takagi
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 108 ページ: 247212

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.108.247212

    • 査読あり
  • [学会発表] Strong Spin-orbit Interaction in Ir Oxide Superlattices

    • 著者名/発表者名
      J. Matsuno
    • 学会等名
      第73回応用物理学会学術講演会
    • 発表場所
      松山
    • 招待講演
  • [学会発表] Giant spin Hall resistivity in a 5d transition metal oxide IrO2

    • 著者名/発表者名
      K. Fujiwara, Y. Fukuma, J. Matsuno, H. Idzuchi, Y. Otani and H. Takagi
    • 学会等名
      Workshop on Oxide Electronics 19
    • 発表場所
      Aperdoorn, the Netherlands
  • [学会発表] Strong spin-orbit interaction in Ir oxide thin films

    • 著者名/発表者名
      J. Matsuno
    • 学会等名
      5th Indo-Japan Conference on New functionalities in Electronic and Magnetic Materials
    • 発表場所
      Bangalore, India
    • 招待講演
  • [学会発表] Electronic Phase Diagram of Ir Oxide Superlattices with Strong Spin-orbit Interaction

    • 著者名/発表者名
      J. Matsuno
    • 学会等名
      2013 EMN West Meeting – Complex Oxide Heterostructures
    • 発表場所
      Houston, USA
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient generation of pure spin current in lateral spin valves

    • 著者名/発表者名
      Y. Fukuma, H. Idzuchi, Y. Otani
    • 学会等名
      WUN-SPIN 2012
    • 発表場所
      Sydney, Australia
    • 招待講演

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公開日: 2014-07-24  

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