Control of spin current by using giant external-field response in organic strongly-correlated materials

本課題では、温度や圧力といった外場により、反強磁性モット絶縁体、超伝導等の電子状態制御が可能である、有機強相関物質κ型ET塩を用いて、外場応答型のスピントロニクスデバイスの開発を目指し、研究を行った。モット絶縁体κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl（以下κ-Cl）の反強磁性相におけるスピン流の生成・輸送について、調べるために白金電極を用いたスピンゼーベック測定を試みた。しかし、白金電極において、逆スピンホール効果に起因する、有意な電圧シグナルは観測されず、スピン流の検出をすることはできなかった。この原因としては、κ-Clの反強磁性ドメインのサイズあるいはスピン流の拡散長が、電極間距離に比べて小さいことが考えられる。また、κ型ET塩の超伝導状態を用いたスピントロニクスデバイスについて検討するために、κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Br（以下κ-Br）、κ-(ET)2Cu(NCS)2（以下κ-NCS）とニッケル磁性電極を用いた磁気抵抗素子の作製、評価を行った。κ-Brにおいては、ニッケル電極のスピンの向きに関して、抵抗値に有意な変化は見られなかった。一方、κ-NCSにおいては、超伝導転移温度以下で、磁場をκ-NCSの結晶長軸方向に印加した場合に、ニッケル電極のスピンの向きによって、抵抗値に差が出ることがわかった。また、この現象は、磁性電極を用いない場合でも見られたことから、磁場、電流の方位と結晶の配向に起因した、非相反磁気抵抗であることが考えられる。キラルな結晶構造を有する系では、こうした非相反磁気抵抗が観測された例があり、反転対称性を持たないκ-NCS結晶においても同様の現象が見られた可能性がある（κ-Brはキラルではない）。

本課題では、温度や圧力といった外場により、反強磁性モット絶縁体、超伝導等の電子状態制御が可能である、有機強相関物質κ型ET塩を用いて、外場応答型のスピントロニクスデバイスの開発を目指し、研究を行った。モット絶縁体κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Cl（以下κ-Cl）の反強磁性相におけるスピン流の生成・輸送について、調べるために白金電極を用いたスピンゼーベック測定を試みた。しかし、白金電極において、逆スピンホール効果に起因する、有意な電圧シグナルは観測されず、スピン流の検出をすることはできなかった。この原因としては、κ-Clの反強磁性ドメインのサイズあるいはスピン流の拡散長が、電極間距離に比べて小さいことが考えられる。また、κ型ET塩の超伝導状態を用いたスピントロニクスデバイスについて検討するために、κ-(ET)2Cu[N(CN)2]Br（以下κ-Br）、κ-(ET)2Cu(NCS)2（以下κ-NCS）とニッケル磁性電極を用いた磁気抵抗素子の作製、評価を行った。κ-Brにおいては、ニッケル電極のスピンの向きに関して、抵抗値に有意な変化は見られなかった。一方、κ-NCSにおいては、超伝導転移温度以下で、磁場をκ-NCSの結晶長軸方向に印加した場合に、ニッケル電極のスピンの向きによって、抵抗値に差が出ることがわかった。また、この現象は、磁性電極を用いない場合でも見られたことから、磁場、電流の方位と結晶の配向に起因した、非相反磁気抵抗であることが考えられる。キラルな結晶構造を有する系では、こうした非相反磁気抵抗が観測された例があり、反転対称性を持たないκ-NCS結晶においても同様の現象が見られた可能性がある（κ-Brはキラルではない）。