酸化物スピントロニクスとスピン流トランジスタへの展開

2015 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 26790038
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: キュウ 志勇 東北大学, 原子分子材料科学高等研究機構, 助教 (30516414)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2016-03-31
• キーワード: 酸化物 / スピントロニクス / スピン流

研究実績の概要

本研究はスピン流ー電流変換とスピン輸送の学理解明と高効率化を実現することである。新素材・新プロセスの開発により、次世代の省エネルギースピンデバイス技術を切り拓き、スピン流演算素子の実現を目指す。初年度で、研究の環境を整備し、基礎の材料開拓とフロセス模索から計画の通り順調に研究を進めてきた。二年度では、さらに視野を広げ、材料開拓をした一方、スピン変換と輸送物理についても熱心に研究した。さらに、様々な角度からスピン流情報演算素子の実現に挑んだ。年次目標に基づき、以下の成果を達成した。
１．酸化イリジウムとYIGを用いて、初めて全酸化物のスピンゼーベック素子を実現した。さらに、高効率のスピンー電流変換材料を探査するため、酸化物に限らず有機物や合金も視野に入れた。κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br有機物とFePt合金からもスピン流ー電流の変換現象を観察され、報告した。スピントロニクスデイバスを開発の可能が広げた。
２.スピン輸送・変換過程と関わる現象の物理解明はスピントロニクスの学理構築に重要である。そこで、熱によるスピン流発生する現象（スピンゼーベック）について、高磁場でのスピンゼーベック効果を調査し、スピンゼーベックと熱マグノンとの関係を明らかにした。さらに、界面磁化がスピン流の発生への影響も実験と理論両方から議論し、報告した。
3. フリー磁性GdIGからスピンゼーベック効果を始めて観察し、磁気補償温度と低温でスピンゼーベック信号符号が二回の変化が発見した。スピンゼーベック現象の複雑性を示した一方、材料的にスピン流を制御する新な可能性を示唆した。
本研究費の支持のもとで、基礎研究から応用研究までたくさんな成果が残した。合計論文15篇、学会発表10回ができた。我々これからの研究に良い基礎を築した一方、社会へ積極的に発信することで科学技術の進歩へも貢献できた。

研究成果

• [雑誌論文] Origin of the spin Seebeck effect in compensated ferrimagnets (2016)
  • 著者名/発表者名: S. Geprags, A. Kehlberger, F. Della Coletta, Z. Qiu, E.-J. Guo, T. Schulz, C. Mix, S. Meyer, A. Kamra, M. Althammer, H. Huebl, G. Jakob, Y. Ohnuma, H. Adachi, J. Barker, S. Maekawa, G. E. W. Bauer, E. Saitoh, R. Gross, S. T. B. Goennenwein, and M. Klaui
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 7 ページ: 10452
  • DOI: 10.1038/ncomms10452
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Critical suppression of spin Seebeck effect by magnetic fields (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Kikkawa, K. Uchida, S. Daimon, Z. Qiu, Y. Shiomi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 064413
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.064413
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of anomalous Nernst effects in metallic multilayers free from proximity-induced magnetism (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, T. Kikkawa, T. Seki, T. Oyake, J. Shiomi, Z. Qiu, K. Takanashi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 094414
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.094414
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Intrinsic surface magnetic anisotropy in Y3Fe5O12 as the origin of low-magnetic-field behavior of the spin Seebeck effect (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, J. Ohe, T. Kikkawa, S. Daimon, D. Hou, Z. Qiu, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Phys. Rev. B 巻: 92 ページ: 014415
  • DOI: 10.1103/PhysRevB.92.014415
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Generation of spin currents by surface plasmon resonance (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, H. Adachi, D. Kikuchi, S. Ito, Z. Qiu, S. Maekawa, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Nature Communications 巻: 6 ページ: 5910
  • DOI: 10.1038/ncomms6910
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Influence of interface condition on spin-Seebeck effects (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, D. Hou, K. Uchida, and E. Saitoh
  • 雑誌名: J. Phys. D. Appl. Phys. 巻: 48 ページ: 164013
  • DOI: 10.1088/0022-3727/48/16/164013
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Observation of inverse spin Hall effect in ferromagnetic FePt alloys using spin Seebeck effect (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Seki, K. Uchida, T. Kikkawa, Z. Qiu, E. Saitoh, and K. Takanashi
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 107 ページ: 092401
  • DOI: 10.1063/1.4929691
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Suppression of martensitic transformation in Fe50Mn23Ga27 by local symmetry breaking (2015)
  • 著者名/発表者名: T. Ma, X. Liu, M. Yan, C. Wu, S. Ren, H. Li, M. Fang, Z. Qiu, and X. Ren
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 106 ページ: 211903
  • DOI: 10.1063/1.4921928
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] All-oxide spin Seebeck effects (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, D. Hou, T. Kikkawa, K. Uchida, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Express 巻: 8 ページ: 083001
  • DOI: 10.7567/APEX.8.083001
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Enhancement of spin-Seebeck effect by inserting ultra-thin Fe70Cu30 interlayer (2015)
  • 著者名/発表者名: D. Kikuchi, M. Ishida, K. Uchida, Z. Qiu, T. Murakami, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 106 ページ: 082401
  • DOI: http://dx.doi.org/10.1063/1.4913531
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin Hall magnetoresistance at high temperatures (2015)
  • 著者名/発表者名: K. Uchida, Z. Qiu, T. Kikkawa, R. Iguchi, and E. Saitoh
  • 雑誌名: Appl. Phys. Lett. 巻: 106 ページ: 052405
  • DOI: dx.doi.org/10.1063/1.4907546
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Spin-current injection and detection in κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Br (2015)
  • 著者名/発表者名: Z. Qiu, M. Uruichi, D. Hou, K. Uchida, H. M. Yamamoto, and E. Saitoh
  • 雑誌名: AIP Adv. 巻: 5 ページ: 057167
  • DOI: 10.1063/1.4922007
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] Electric probe for spin transition and fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhiyong Qiu
  • 学会等名: APS March meeting
  • 発表場所: Baltimore (USA)
  • 年月日: 2016-03-13 – 2016-03-19
  • 国際学会
• [学会発表] Electric probe for spin transition and fluctuation (2016)
  • 著者名/発表者名: Zhiyong Qiu
  • 学会等名: AMIS2016
  • 発表場所: Tohoku univercity (Sendai, Miyagi, Japan)
  • 年月日: 2016-02-22 – 2016-02-24
  • 国際学会
• [学会発表] Electric detection of spin fluctuation (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhiyong Qiu
  • 学会等名: EMNHongkong2015
  • 発表場所: Hongkong (China)
  • 年月日: 2015-12-09 – 2015-12-12
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Electric probe for spin transition and fluctuation (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhiyong Qiu
  • 学会等名: PASPA20 2015
  • 発表場所: Tohoku univercity (Sendai, Miyagi, Japan)
  • 年月日: 2015-09-26 – 2015-09-28
  • 国際学会
• [学会発表] Electric detection of spin fluctuation (2015)
  • 著者名/発表者名: Zhiyong Qiu
  • 学会等名: CPS2015
  • 発表場所: Changchun (China)
  • 年月日: 2015-09-10 – 2015-09-13
  • 国際学会