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2022 年度 実施状況報告書

強スピン軌道相互作用酸化物薄膜を基盤とするグラデーションスピントロニクスの創製

研究課題

研究課題/領域番号 22K14595
研究機関東北大学

研究代表者

神永 健一  東北大学, 工学研究科, 助教 (50831301)

研究期間 (年度) 2022-04-01 – 2024-03-31
キーワードスピントロニクス / パルスレーザ堆積法 / PLD / LSMO / スピン軌道相互作用 / ペロブスカイト / 酸化物エレクロニクス
研究実績の概要

本研究では強スピン軌道相互作用(SOI)酸化物薄膜をスピン流検出電極として活用し、強磁性絶縁体とのヘテロ構造におけるスピン流/電流変換効率の評価を行なう。並行して、組成比を膜厚方向に連続的に変化させた傾斜組成ヘテロ界面を有するグラデーション構造について均一組成のヘテロ構造と性能比較することを目的としている。当初、所属先所有のガルバノ走査型PLD装置を用いて同じ希土類単酸化物であるYbO/EuOヘテロ構造の評価を予定していたが、本装置では以前同様の超高真空下での強還元条件が達成できず別物質での検討を余儀なくされた。
そこで、代表者は重元素ドープしたペロブスカイト型マンガン酸化物La1-xSrxMnO3(LSMO)に着目した。LSMOは室温強磁性ハーフメタルを示し、従来難点であった弱い保磁力を向上させる解決策として、LSMOのBサイトのMnの一部をSOIの大きなRuで置換する手法が提案されている。今年度はRuよりもさらに大きなSOIをもつIrで置換した(La,Sr)(Mn,Ir)O3(LSMIO)エピタキシャル薄膜を作製したところ、10%Ir置換でRu同様に垂直磁化の発現を初めて確認した。ただしIr10%置換では絶縁的挙動を示すとともに、飽和磁化はノンドープの1/3まで減少する。一方、ガルバノ走査型PLD装置によりIrドープ量が膜厚方向に対し線形な組成傾斜を有するエピタキシャル薄膜を作製すると、ノンドープ同様の金属的挙動と飽和磁化が確認された。放射光によるXMCD測定からも、傾斜組成薄膜は均一組成とは異なる磁気構造を有していることが示唆された。次年度以降はLSMIOの傾斜組成薄膜についてヘテロ構造を作製し、詳細なスピン物性を評価していく予定である。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

当初予定していたYbO/EuOの研究は現況では進行できないことが判明した。その一方で、新たな研究の方向性として重元素ドープしたペロブスカイト型マンガン酸化物のLSMOが傾斜構造において特異な電気・磁気特性を発現することを見出せた。次年度以降、LSMOを中心に傾斜構造とスピン物性の相関を解明していくことで、本研究課題で提案している「グラデーションスピントロニクス」という新分野の開拓が期待されるためである。

今後の研究の推進方策

研究計画の段階ではYbO/EuOヘテロ構造の評価を予定していたが、装置の制限により重元素ドープLSMOに着目物質を変更した。今年度の成果として、Irを10%置換したLSMIO薄膜において室温強磁性と垂直磁化の発現および絶縁的挙動を示すことを見出した。さらにガルバノ走査型PLD装置を用いてIr組成傾斜を持つ薄膜を作製すると、ノンドープ同様の金属的挙動と飽和磁化が確認され、放射光によるXMCD測定からも均一組成膜と異なる磁気構造を示唆する結果が得られた。次年度以降はLSMIOの傾斜組成薄膜についてSrIrO3などの強SOI酸化物とヘテロ構造を作製し、詳細なスピン物性を評価していく予定である。

次年度使用額が生じた理由

その他に含まれる共通機器使用料が当初の予算よりも安く抑えられたため。そのまま次年度に共通機器使用料に繰り越す。

  • 研究成果

    (10件)

すべて 2023 2022

すべて 雑誌論文 (3件) (うち査読あり 3件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 3件)

  • [雑誌論文] Rocksalt CeO epitaxial thin film as a heavy-fermion system transiting from p-type metal to partially compensated n-type metal by 4f delocalization2022

    • 著者名/発表者名
      Abe Nobuto、Oka Daichi、Kaminaga Kenichi、Shiga Daisuke、Saito Daichi、Yamamoto Taku、Kimura Noriaki、Kumigashira Hiroshi、Fukumura Tomoteru
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 106 ページ: 125106

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.125106

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Impact of band-gap graded structures artificially implemented in Mg-ZnO epitaxial films on photoelectrochemical properties2022

    • 著者名/発表者名
      Sato Yuta、Kaminaga Kenichi、Takahashi Ryota、Maruyama Shingo、Matsumoto Yuji
    • 雑誌名

      Catalysis Science & Technology

      巻: 12 ページ: 6458~6464

    • DOI

      10.1039/d2cy01178f

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A high-TC heavy rare earth monoxide semiconductor TbO with a more than half-filled 4f orbital2022

    • 著者名/発表者名
      Sasaki Satoshi、Oka Daichi、Kaminaga Kenichi、Saito Daichi、Yamamoto Taku、Abe Nobuto、Shimizu Hirokazu、Fukumura Tomoteru
    • 雑誌名

      Dalton Transactions

      巻: 51 ページ: 16648~16652

    • DOI

      10.1039/d2dt02710k

    • 査読あり
  • [学会発表] 化学ボロフェン無機液晶に向けた 高結晶性KBH4エピタキシャル薄膜の作製2023

    • 著者名/発表者名
      佐々木 啓太, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第70回 応用物理学会春季学術講演会
  • [学会発表] 擬岩塩型NbNエピタキシャル薄膜の超伝導2022

    • 著者名/発表者名
      長 泰亨, 木村 凛太郎, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 擬岩塩型Nb3O3エピタキシャル薄膜の超伝導2022

    • 著者名/発表者名
      木村 凜太郎, 長 泰亨, 神永 健一, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] 傾斜組成Ru置換(La,Sr)MnO3エピタキシャル薄膜の磁性2022

    • 著者名/発表者名
      佐藤 岳, 神永 健一, 永沼 博, 丸山 伸伍, 松本 祐司
    • 学会等名
      第83回 応用物理学会秋季学術講演会
  • [学会発表] A possible Mott insulator with high electron mobility: Rock-salt structured NbO epitaxial thin film2022

    • 著者名/発表者名
      Rintaro Kimura, Kenichi Kaminaga, Shingo Maruyama, Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetization singularity in the composition of substitutional Ir atoms in LSMO epitaxial films2022

    • 著者名/発表者名
      Kenichi Kaminaga, Hiroshi Naganuma, Kanta Suzuki, Shingo Maruyama, Yuji Matsumoto
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 国際学会
  • [学会発表] Interfaces between Epitaxial Oxide Films and Ionic liquid Investigated by Vacuum Electrochemistry Approach2022

    • 著者名/発表者名
      Yuji Matsumoto, Kenichi Kaminaga, Yoshihito Sano, Chika Takahashi, Mariko Kanai, Shingo Maruyama
    • 学会等名
      THE 22ND INTERNATIONAL VACUUM CONGRESS IVC-22
    • 国際学会

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公開日: 2023-12-25  

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