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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と電流の相互変換現象「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物理基盤創出を目指すものである。この目的達成のため、研究期間最終年度となる本年度は、金属酸化物を用いたスピン流変換の系統的測定を戦略的に遂行した。この結果、強磁性金属/金属酸化物ヘテロ界面におけるスピン軌道トルクは、ベリー曲率に起因する内因性メカニズムによるものであることを明らかにした。また、スピン流変換に対する金属の酸化効果には強い物質依存性があり、本現象の発現には、強磁性金属と金属酸化物の直接接合が必須であることを見出した。さらに、有機分子形成によるスピン流変換の制御に関しても、Pt表面への分子形成による表面スピン軌道トルクの増大を観測し、これを定量的に説明する模型を構築した。これまでスピン軌道トルク生成の起源はバルクスピンホール効果あるいは界面ラシュバ効果によって理解されてきたが、本結果によって初めて表面ラシュバ効果が生み出すスピン流変換現象の重要性が明らかとなった。これにより、分子形成によるスピントロニクスデバイスの制御が初めて可能となった。また、スピン流変換を用いたスピントロニクス現象の開拓に関しても、マグノンとフォノンの結合モードによるスピン流生成現象を初めて観測することに成功した。以上のように、本年度の研究により、金属酸化と分子形成によるスピン流変換の増大原理が明らかとなるとともに、スピン流変換を用いた新現象観測を実現した。
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