【研究領域課題番号】19K15431 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピン流 / 分子 / 界面 / スピントロニクス

【研究成果の概要】

これまでにスピントロニクスの分野で注目されていなかった分子の性質を使って、新たなスピン機能を発現する界面を作り出すことを目的に研究を遂行した。鉛(II)フタロシアニンと銅の界面で、分子/金属界面における高効率スピン流-電流変換(逆エデルシュタイン効果)を初めて実証した。分子が金属表面にちょうど1分子層積層されたときに、その変換効率が最大になることがわかった。本研究により、効率的なスピン機能を持った界面を作るためには、分子間力を考慮して表面に対する分子の吸着姿勢を制御することが重要であるこという知見が得られた。

【研究の社会的意義】

スピン流と電流の相互変換は、スピントロニクスの根幹をなす現象である。本研究では、有機分子と金属界面におけるスピン流-電流変換を初めて実証した。染料としても使用されている有機分子(フタロシアニン)を金属表面に塗布するだけで、スピン流-電流変換を示す界面を簡便に作製することができる。本研究により、スピントロニクス素子の材料としての分子の可能性が拓かれたため、その学術的・社会的意義は非常に大きいと考えられる。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2019-04-01 - 2021-03-31

【配分額】4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円)

【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】16H02100 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピントロニクス / スピン軌道結合 / 界面 / 放射光分光 / 第一原理計算

【研究成果の概要】

研究内容を一層充実させた基盤研究(S)に採択されたため、本研究課題は廃止となり、実質研究期間は２ヶ月となった。そのため、予備的な成果を得るにとどまったが、研究は基盤研究(S)に引き継がれている。２ヶ月間の主な成果としては、以下の通りである。
(1) 磁性金属/非磁性体界面におけるRashbaスピン軌道相互作用による垂直磁気異方性発現の可能性を検討した。現実に作製可能なAu(111)を利用した界面において有意な垂直磁気異方性が期待できることが示唆された。
(2) Ta/NiFe/Pt積層膜の界面磁性と垂直磁気異方性について、実験的評価を行った。いわゆるデッドレイヤーモデルを用いることで実験結果が説明されたが、それがユニークな解釈ではないことも示された。
なお、本研究課題開始時の目的と実施計画の概略は以下の通りである。目的：磁性体ヘテロ構造界面のスピン軌道結合の基礎的理解は十分でないため、界面原子層制御された試料の創製と巨視的磁性評価、磁気分光による微視的磁性評価、相対論的第一原理計算等により、その解明を狙う。実施計画：Fe基合金やホイスラー合金などの強磁性体、および、MgOやMgAl2O4などの酸化物を用いた高品位界面を創製し、その特性評価を行う。磁気分光については、まずXMCDから着手し、元素分解した軌道モーメントの面内・面直成分を明らかにする。加えて、実験と直接比較可能な第一原理計算を行う。

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2016-04-01 - 2017-03-31

【配分額】42,120千円 (直接経費: 32,400千円、間接経費: 9,720千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】15K13359 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

界面 / 極性酸化物 / 強磁性超薄膜 / 金属強磁性体 / スピントロニクス / 磁性金属超薄膜

【研究成果の概要】

強磁性体/酸化物積層構造は、スピントロニクスデバイスの性能を決める鍵の一つである。しかし、酸化物の電気的な極性が、隣接する強磁性層に与える効果はよく分かっていなかった。本研究では、ZnO基板のZn・O両極性面上に直接製膜したCo超薄膜の磁気的・構造的特性を調べた。磁気異方性とキュリー温度は、異なる極性面上に製膜された試料間で全く異なることが分かった。Co/O極性面の界面はやや拡散的であり、Co/Zn極性面のそれは原子レベルで平坦であった。これらの結果は、極性表面が強磁性層の特性に重要な役割を果たすことを示す。このような新規の系は、スピントロニクスデバイスに新たな機能をもたらすものと期待される。

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2015-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】15H03562 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電子分光 / 磁気分光 / 軌道磁気モーメント / 界面 / Ｘ線磁気円二色性 / 外場摂動 / スピンオービトロニクス / 磁気円二色性 / スピントロニクス

【研究成果の概要】

薄膜界面における空間対称性の破れによる軌道磁気モーメントの増大を精密観測し、操作することを目的として研究を展開してきた。このために内殻励起磁気分光測定装置を改造し、スピンと軌道磁気モーメントの計測を進めた。これにより、CoとPdの界面での垂直磁気異方性の起源を明確にし、非磁性体Cuに誘起される垂直磁化の精密測定に成功した。さらに、電圧を印加した状態での磁気分光法を開発し、Niにおいて格子ひずみによる磁気異方性の変化と軌道磁気モーメントの変調を捉えることに成功した。これらの成果は、軌道磁気モーメントを操作する新しい研究分野「スピンオービトロニクス」の展開に道を拓くことになる。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,550千円 (直接経費: 13,500千円、間接経費: 4,050千円)

【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】25220604 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電界効果 / 強磁性金属 / 金属磁性 / キュリー温度 / 界面 / 非磁性金属 / スピントロニクス / 遷移金属強磁性体

【研究成果の概要】

情報の爆発が危惧される昨今において、磁気記録への期待はますます高まっている。中でも、磁化の効率的な操作は情報記録技術の高度化・省エネ化に資する重要な要素である。本研究では、「電界」を用いたエネルギーコストの低い磁化操作技術の発展とその基本原理を解明することを主眼に研究を行った。多角的な実験により、金属磁性体や、自然界では磁力を帯びていない非磁性体における磁性の電界効果のメカニズムが明らかとなった。これらの知見を活かし、高効率な電界誘起磁化反転や、磁気記録素子への電界書込のデモンストレーションに成功した。電界以外の磁化操作法にも積極的に取り組み、ナノ磁性薄膜の磁気記録以外の用途への展開も拓いた。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2013-05-31 - 2018-03-31

【配分額】223,990千円 (直接経費: 172,300千円、間接経費: 51,690千円)

【研究分野】薄膜・表面界面物性

【研究領域課題番号】24686007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電子分光 / 磁気分光 / スピントロニクス / 界面 / 磁気円二色性 / 界面磁性 / 誘起磁性 / 軌道磁気モーメント / 結晶成長 / 外場印加 / 磁性体

【研究成果の概要】

磁性不純物や界面が誘起する磁気相互作用の創出を目的として、外場による相互作用の操作を目指した研究を展開してきた。そのための内殻電子・磁気分光測定装置の立ち上げを行い、スピンと軌道磁気モーメントの計測を進めた。これにより、酸化物半導体の酸素欠陥を介した交換相互作用について、ドナー準位を介した交換相互作用を検討した。また、強磁性合金と酸化物MgOの界面での垂直磁気異方性を誘起する起源が、FeとOの化学結合に起因する軌道磁気モーメントの異方性であることをX線磁気円二色性により突き止めた。これらの結果は、外場印加による制御性を議論するための知見を与えるものとなった。

【研究種目】若手研究(A)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】26,910千円 (直接経費: 20,700千円、間接経費: 6,210千円)