| 研究課題/領域番号 |
26220604
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| 研究機関 | 慶應義塾大学 |
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研究代表者 |
安藤 和也 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (30579610)
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| 研究分担者 |
牧 英之 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (10339715)
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| 研究期間 (年度) |
2014-05-30 – 2019-03-31
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| キーワード | スピントロニクス |
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| 研究実績の概要 |
ナノ領域における電子物性にはスピン自由度が顕著に表れ、電子のスピン・電荷が素励起と共に織り成す多彩な物理現象が発現する。電子スピンが誘起するこのような現象を自在に制御することで、電荷自由度をベースとする現代のエレクトロニクスの延長線上にはない次世代電子技術への道が拓ける。本研究は、物質中の相対論的効果によって現れるスピン流－電流変換「スピンホール効果」を基軸とする電子物理・技術の開拓により、新時代の電子技術の基盤創出を目指す。スピン軌道相互作用によりスピン流－電流相互変換を実現するスピンホール効果を用いることで、スピン流の電気的生成と検出が可能となる。本研究ではスピンへテロ界面におけるスピンホール効果を用い、動的スピン交換と組み合わせることで、バンド・ホッピング伝導系を包括するスピン伝導及びスピン－電荷変換の物理を構築する。更に空間反転対称性の破れと非一様スピンダイナミクスが生み出すヘテロ界面におけるスピン交換の物理を明らかにし、絶縁体/金属界面において発現するマグノンから伝導電子へのスピンキャリア変換を利用することで、格子系からスピン系への角運動量移行を利用した非線形スピントロニクス効果を開拓する。スピン流伝導・変換はあらゆるスピンベースの電子物理技術の基盤であり、本研究により新原理の電子技術「スピンホールナノエレクトロニクス」を開拓し、金属系のみならず、広範囲の物質群まで包括する体系的スピン流伝導・変換の物理を構築することで、次世代省エネルギー電子技術に貢献する。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
磁性/非磁性ヘテロ接合におけるスピン流生成現象とスピンホール効果を組み合わせることで、非線形スピントロニクス現象と金属へテロ界面におけるスピン-電荷変換に関して重要な結果が得られている。特に、逆スピンホール効果を用いることで金属/絶縁体界面におけるマグノンから伝導電子スピンへのスピンキャリア変換を精密に測定することに成功し、マグノン励起を介した光から伝導電子スピン流への角運動量変換効率がマグノン寿命によって支配されていることを明らかにした。この成果はパルススピン流の時間分解測定によって得られたものであり、これによりスピン流増大現象の一般論が構築された。本成果はNature Communicationsに出版されている。また、バルクのスピン軌道相互作用によるスピンホール効果ではなく、金属へテロ界面において発現するスピン流-電流変換現象を観測し、これを系統的に測定することで本現象の定量データを収集した。
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| 今後の研究の推進方策 |
非線形スピントロニクス現象に関してはこれまでに得られた知見を元に界面スピン変換のマグノンモード依存性を系統的に調べる。特にパラメトリック励起を用いることで広範囲の波数領域でスピン変換の定量測定が可能であり、空間依存性と合わせることで金属/絶縁体界面におけるスピンキャリア変換の全体像が明らかになる。また、平成26年度の研究によりパルススピン流の生成・検出が可能となった。これを新たなスピン流物性研究手法として用いることで、界面スピン交換の定量データを収集する。さらに金属へテロ接合や層状金属材料、導電性高分子といった空間対称性の低い系に注目し、スピン流-電流変換効率定量を進めることで、巨大スピン-電荷変換の実現を目指す。
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