【研究領域課題番号】18K14112 (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 / 超伝導 / スピントリプレット / スピン軌道相互作用 / 磁性

【研究成果の概要】

本研究では、超伝導スピントロニクスを目指して、強いスピン軌道相互作用を持つタングステンにおいてみられる超伝導状態について研究を行った。その結果、タングステンの超伝導状態においては、通常のスピンシングレットの超伝導体においてみられるスピン吸収の抑制がみられないことが明らかになった。また、窒化モリブデンとの積層構造においては、超伝導転移温度の上昇がみられることがわかった。更に、強磁性体コバルトとの近接効果を調べたところ、タングステン上では窒化モリブデンに比べて臨界磁場が大きくなることが明らかになった。

【研究の社会的意義】

社会の情報化が高度に発展する中で、従来の半導体デバイスを超えるような高効率な情報処理方法が模索されている。その中で現れてきたスピントロニクスや量子情報といった分野に貢献するべく、本研究は行われた。今回取り扱った超伝導体におけるスピン輸送については新たな情報処理技術につながる可能性があるものの未解明な部分があり、本研究の成果はその理解を進めることになると期待される。

【研究種目】若手研究

【研究期間】2018-04-01 - 2020-03-31

【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】応用物理物性およびその関連分野

【研究領域課題番号】17K19049 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

超伝導 / スピン軌道相互作用 / タングステン / スピン流 / スピンエレクトロニクス

【研究成果の概要】

本研究は大きなスピンホール角と比較的高い超伝導転移温度を持つA15構造タングステン（beta-W）を用いて、常伝導時のスピンホール角と超伝導転移温度の関係を明らかにすることが目的である。本研究では、炭素を50%程度含有する炭化タングステンやMoN/Wの2層膜などの超伝導転移温度を調べ、スピン軌道相互作用が大きく、超伝導温度が高い物質の開発を行った。特にMoN/W2の2層膜では、超伝導近接効果を利用して、8K程度の転移温度を得ることに成功した。また、W単膜(厚さ3nm)の超伝導特性を調べ、超伝導のコヒーレンス長が7-14 nm程度であることが明らかになった。

【研究の社会的意義】

本研究により、スピン軌道相互作用が大きく、かつ超伝導転移温度が液体ヘリウム温度（4.2K）よりも大きい物質を開拓することに成功した。これにより、スピン軌道相互作用が大きい超伝導物質へのスピン流注入やスピン流生成に関する実験が可能となる。また、ベータ-Wの面内臨界磁場が大きく、超伝導のコヒーレンス長が7-14 nm程度であることがわかり、大きなスピン軌道相互作用を有する物質における超伝導特性の知見が得られた。

【研究種目】挑戦的研究(萌芽)

【研究期間】2017-06-30 - 2019-03-31

【配分額】6,500千円 (直接経費: 5,000千円、間接経費: 1,500千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】15H03683 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

スピン軌道相互作用 / トポロジカル物質 / 光電子分光 / トポロジカル表面状態 / 電荷密度波 / 物性実験 / ワイル半金属 / 超伝導

【研究成果の概要】

固体中の電子に働く相対論効果であるスピン軌道相互作用は、トポロジカル絶縁体やスピントロニクス機能を創出する鍵となっており、新しい量子状態や電気磁気効果を開拓するうえで注目されている。本研究では、固体中の電子のエネルギー、運動量、およびスピンを分解して測定できるスピン分解角度分解光電子分光という手法を用いることにより、超伝導体やトポロジカル半金属の候補物質の電子構造とスピン軌道相互作用の役割を解明した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2015-04-01 - 2018-03-31

【配分額】17,160千円 (直接経費: 13,200千円、間接経費: 3,960千円)

【研究分野】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】25400356 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

遷移金属化合物 / スピン・電荷・軌道 / 光電子分光 / Ｘ線吸収分光 / 表面・界面 / 超伝導 / 磁性 / エキシトニック相 / ビスマス化合物 / 軌道秩序 / 電荷秩序 / 原子価転移 / X線吸収分光 / 配位子ホール / 価数揺動 / ヤンテラー効果 / 酸素ホール / 角度分解光電子分光 / スピン軌道相互作用 / 相分離 / リチウムイオン電池

【研究成果の概要】

リチウムイオン電池の正極材料として広く利用されているコバルト酸リチウムとその関連物質において、酸素1sＸ線吸収分光によって酸素2pホールが重要な役割を果たしていることを見出した。一方、三角格子を持つイリジウムテルライドでは、イリジウム5dホールとテルル5pホールが示すストライプ状の電荷・軌道秩序の性質をＸ線散乱および角度分解光電子分光によって解明し、さらに電荷・軌道秩序が抑制された超伝導相において、スピン軌道相互作用と多バンドフェルミ面の関係を調べた。正方格子を持つ鉄カルコゲナイドおよびビスマスカルコゲナイド超伝導体においては、軌道縮退と電子状態の不均一性の関係を詳細に調べた。

【研究種目】基盤研究(C)

【研究期間】2013-04-01 - 2016-03-31

【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】物性Ⅱ

【研究領域課題番号】19104008 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

酸化物トランジスタ / 超伝導 / 抵抗変化メモリ / スピン軌道相互作用 / 強相関エレクトロニクス / 遷移金属酸化物 / 表面・界面物性 / 二次元電子系 / 半導体物性

【研究成果の概要】

本研究は酸化物デバイスの学理構築、および電界誘起物性の開拓を目指した。SrTiO3トランジスタを構築し、界面二次元電子系での絶縁体-超伝導転移を実現した。二元系遷移金属酸化物の抵抗スイッチング現象について、母体酸化物の還元で生じる伝導フィラメントの可視化に成功した。電界効果とスピン軌道相互作用をキーワードとして重い5d遷移金属酸化物に着目し、イリジウム酸化物の新奇スピン軌道誘起電子相を開拓した。

【研究種目】基盤研究(S)

【研究期間】2007 - 2011

【配分額】110,240千円 (直接経費: 84,800千円、間接経費: 25,440千円)