【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】無機材料・物性

【研究領域課題番号】26249092 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

電池 / ガラス / 磁性体 / ELNES / XANES / 第一原理計算 / 吸収端近傍微細構造 / 内殻励起スペクトル / 電子エネルギー損失分光 / X線吸収分光 / エキシトン / 配置換相互作用 / 理論計算 / 表面・界面物性 / 原子電子構造 / 電子顕微鏡 / セラミックス

【研究成果の概要】

「究極の分析法」とも称されてきたELNES/XANESスペクトルは十分に解釈されてこなかった．特に，電池や磁性体，ガラスといった先進材料への適用は困難であった．本研究課題は3つの目標，つまり，１）粒子間相互作用の定量的理解，２）XMCD/EMCD計算法の確立，３）1,000原子ELNES/XANES計算の達成，を目指して行われてきた．3年間の研究において，１）～３）の研究目標を十分に達成することが出来，「全構造・全元素・全吸収端のELNES/XANES理論計算」を確立することが出来たといえる．本申請研究で達成した成果により，今後先進材料の構造解析が革新的に高精度化されることが期待される．

【研究種目】基盤研究(A)

【研究期間】2014-06-27 - 2017-03-31

【配分額】41,080千円 (直接経費: 31,600千円、間接経費: 9,480千円)

【研究分野】ナノ材料・ナノバイオサイエンス

【研究領域課題番号】21710102 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

ナノ表面・界面 / ナノ材料 / 磁性 / 物性理論 / ナノ界面 / 表面・界面物性 / 格子欠陥 / 第一原理計算

【研究成果の概要】

本研究では、GaNをはじめとする窒化物半導体と非磁性物質との界面における磁性の発現および制御を目指し第一原理計算を行った。まず、AlN/MgB2界面およびGaN/ZrB2界面を理論解析し、AlN/MgB2界面では界面強磁性が発現する可能性を示した。また、界面スピン物性の応用として最も重要であると考えられるスピン伝導特性を量子コンダクタンスの計算により明らかにした。これらの結果はPhysical Review Lettersに掲載された。また、GaN/グラフェン界面のスピン物性も精査しその結果をApplied Physics Lettersに発表した。

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2009 - 2012

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)

【研究分野】無機材料・物性

【研究領域課題番号】20760449 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

結晶界面 / ノンストイキオメトリー / 欠陥 / 電子顕微鏡 / 第一原理計算 / 原子.電子構造 / セラミックス / 表面・界面物性 / 格子欠陥

【研究成果の概要】

結晶界面の原子構造は結晶内部と異なるため,単結晶にはない新機能を発現させることが可能である.そのような結晶界面に起因した機能は,界面における局所的な非化学量論(ノンストイキオメトリー)を起源としていることが多い.本研究ではナノ計測と理論計算を融合し,結晶界面におけるノンストイキオメトリーを調べた.その結果,結晶界面におけるサイト毎のノンストイキオメトリー欠陥形成挙動を明らかにした.さらに,ノンストイキオメトリーの形成には,結晶界面における化学結合と格子歪みが重要な役割を果たしていることを突き止めた.本研究結果により結晶界面におけるノンストイキオメトリー制御のための指針が明らかになり,結晶界面ノンストイキオメトリー制御による材料設計の可能性が拓かれたと考えている.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2008 - 2009

【配分額】4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)