スピン偏極STM探針接触法による単一フタロシアニン分子を介するスピン伝導測定

使用自旋极化 STM 尖端接触法通过单个酞菁分子进行自旋传导测量

基本信息

批准号：
22810005
负责人：
山田豊和
金额：
$ 2万
依托单位：
Chiba University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
财政年份：
2010
资助国家：
日本
起止时间：
2010 至 2011
项目状态：
已结题

项目摘要

今日の情報社会を支えているのは、ナノスケールの微小な磁石である。我々の身の回りのパソコンをはじめ、情報の記憶・書き込み・読み込みは、磁石のN極S極の向きを利用している。磁石の向きを読み取るために、磁気ヘッドを使う。磁気ヘッドは、2つの小さな磁石の間に金属などの無機物は挟んだものである。ひとつの磁石の向きは常に固定であり、他方は検出する磁石の向きにより、その方向を変える。この2つの磁石の間に電流を流しておくと、2つの磁石の向きが平行な場合電流は多く流れ、反平行では減少する。この効果は巨大磁気抵抗(GMR)効果と呼ばれる。これまで、磁気ヘッドは無機物で作られてきた。これに代わる新たな物質として有機物がある。我々は、インクなどの色素分子として広く普及・使用されてきているフタロシアニン分子を2つの小さな磁石の間にいれ、さらに単一分子を使用することで1ナノメートル(十億分の1メートル)の大きさのGMRヘッドを作成した。有機分子と磁石との電子スピン相関の解明を、スピン偏極走査トンネル顕微鏡(STM)を用いて行った。平成22年度は、コバルトナノ磁石の上につけた単一フタロシアニン分子(H2Pc)に、STM磁性探針(Co薄膜をコートしたW探針)を接触させ、この2つのコバルト磁石の向きが平行な場合と、反平行な場合の電子伝導測定を行ったところ、60%のGMR比を得た。有機分子の無い場合に比べて、1ケタ大きい値であった。有機分子を利用することで、無機物には無い新たな特性の発現を確認した。研究と並行して、ドイツ・カールスルー工大学から千葉大学へのSTM装置の移動を完了した。鉄ウィスカ単結晶上のマンガン膜を新たな基板として使用する。これを用いることで、弱い外磁場で容易に磁化方向を反転できる。外磁場印加のためのコイル系の設置、また磁性探針の向きを制御するための回転機構の取り付け・改造を行った。

支持当今信息社会的是微观纳米级磁铁。我们使用磁铁的北极和南极的方向存储，包括周围的计算机。磁头用于读取磁铁的方向。磁头是夹在两个小磁铁之间的金属或其他无机材料。一个磁铁始终是固定的，另一个磁铁会根据检测到的磁铁的方向改变其方向。如果在这两个磁铁之间传递电流，则两个磁铁平行，电流会流动很多，并且如果是反平行的，则会减小。这种效果称为巨磁磁性（GMR）效应。到目前为止，磁头已经由无机材料制成。替代方案是有机物。我们将邻苯烷氨酸分子放置在两个小磁铁之间，在两个小磁铁之间被广泛使用并用作染料分子，然后使用单个分子来创建一个GMR头，该GMR头是一个纳米大小（十亿分之一）的大小。使用自旋极化扫描隧道显微镜（STM）阐明有机分子和磁铁之间的电子自旋相关。在2010年，通过STM磁探针（带有CO薄膜的W型螺旋桨涂层）接触到钴纳米磁体上的单个邻苯二甲酰分子（H2PC），当两个钴磁铁是平行的和抗管并行的，导致GMR比率为60％。该值比没有有机分子的数字大。通过使用有机分子，我们证实了无机物质中未发现的新特性的表现。与研究同时，已经完成了从德国卡尔斯鲁技术大学转移到奇巴大学的STM设备。铁晶须上的锰膜用作新的底物。通过使用此功能，磁化方向可以用弱的外部磁场轻松逆转。安装了线圈系统以应用外部磁场，并安装并修改了旋转机构以控制磁探针的方向。