【研究分野】応用物性

【研究領域課題番号】16H06332 (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 / 磁性 / 表面・界面物性 / 超薄膜 / スピン軌道相互作用 / 垂直磁気異方性 / 軌道分光 / 第一原理計算 / 表面・界面

【研究成果の概要】

界面原子層成長制御、磁気分光、第一原理計算を結集することにより、界面スピン軌道結合を微視的に解明し、その学術基盤の構築とデバイス応用を狙った。まず、教科書の記述の更新につながる成果としては、界面磁気異方性の微視的理解であり、物質系ごとに軌道磁気モーメントの異方性と軌道四極子それぞれの役割を直感的理解とともに明らかにした。界面原子層成長制御が一層の進歩を遂げ、室温の世界記録となる異方性トンネル磁気抵抗効果や、Fe/MgO/Fe(001)接合のトンネル磁気抵抗効果の倍増にも成功した。この他、可逆歪場を利用した新規磁気分光法や、Rashba型スピン軌道相互作用に関する成果も得た。

【研究の社会的意義】

界面の研究では、試料品質によって結果が大きく異なってくることが多い。本研究では、高品位試料作製技術と磁気分光、理論解析が一体化することによって、well-definedな界面での研究を可能とし、界面でのスピン軌道結合の微視的理解を推し進めた。教科書の改訂につながる成果を挙げており、学術基盤の構築という意義を有する。社会的意義としては、従来よりもはるかに大きなTMRやTAMRを実現しており、今後のスピントロニクス応用における貢献が期待できる。省エネやAI技術を含む次世代情報通信技術に資するものである。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2016-05-31 - 2021-03-31

【配分額】188,500千円 (直接経費: 145,000千円、間接経費: 43,500千円)

【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】無機材料・物性

【研究領域課題番号】26630325 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

希薄磁性体 / 局所環境解析 / X線吸収端近傍微細構造 / 第一原理計算 / シンクロトロン放射光 / スピントロニクス / スピントロにクス

【研究成果の概要】

磁性を持たない非磁性物質に，数at%程度の磁性元素を添加することにより強磁性を示す物質は希薄磁性体と呼ばれる．希薄磁性体は，現在広く用いられている電子や光を利用したエレクトロニクスやフォトニクス技術に次いで，スピンを利用したスピントロニクス技術への応用が期待されている．本研究では，従来の磁性理論のみでは説明が難しい，希薄磁性体における磁性発現機構の解明に向けて，原子レベルでの磁性元素の局所環境評価をX線吸収端近傍微細構造測定と第一原理計算を用いて行った．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2014-04-01 - 2017-03-31

【配分額】4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)

【研究分野】応用物性・結晶工学

【研究領域課題番号】24560001 (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 / 物性理論 / 第一原理計算 / 磁性 / スピン輸送

【研究成果の概要】

スピン量子十字構造素子なるものを提案し、それをモデルデバイスとして、スピン伝導の計算を行った。本研究課題では、近年話題になっているバルクとしては絶縁体で、表面は金属であるという奇妙な性質を有するトポロジカル絶縁体を電極に用いた場合のスピンコンダクタンスを計算した。トポロジカル絶縁体のバンド構造は、時間反転対称性で決まっているため、これを制御するために、表面に時間反転対称性を破る磁性絶縁体を蒸着したモデルを考え、その磁化の関数として、スピンコンダクタンスを計算した。その結果、磁化によって、スピンコンダクタンスを制御することが可能であることが分かり、新規なスピン素子として有望である事が判明した。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)

【研究分野】量子ビーム科学

【研究領域課題番号】24310072 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピン / 陽電子 / スピントロニクス / 磁性 / 表面 / ハーフメタル / 原子空孔 / ポジトロニウム / スピン偏極陽電子 / 電子運動量分布 / 陽電子消滅寿命 / 電子スピン / 強磁性体 / 電流誘起スピン蓄積 / ラシュバ効果 / 原子空孔誘起強磁性 / ホイスラー合金 / 原sに空孔誘起強磁性 / 陽電子消滅 / スピン偏極 / 陽電子ビーム / 表面磁性 / 第一原理計算

【研究成果の概要】

3d及び4f強磁性金属のスピン偏極陽電子消滅実験を通じて、その手法の基礎を構築した。さらにその応用研究の結果、(i)ホイスラー合金Co2MnSiとNiMnSbが高いハーフメタル性を持っていること、(ii)Pd,Pt,Ta,W及びBi/Ag最表面において電流駆動によるスピン偏極が起こること、(ii)ZnOとSnO2中のカチオン空孔に外部磁場で揃う磁気モーメントが付随すること、などを見出した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2012-04-01 - 2015-03-31

【配分額】14,170千円 (直接経費: 10,900千円、間接経費: 3,270千円)