Investigation on novel spin properties at the interface of atomically controlled atomic layer crystal

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固体表面上に作製した原子1層から数層の原子層結晶では、スピン軌道相互作用と層垂直方向の反転対称性に起因したスピン偏極電子バンドが生じる。原子層結晶の両端に電位差をかけるとこのバンドを介したスピン偏極電流が流れ、スピンホール効果によりその向きに依存して原子層の上もしくは下に電子スピンは移動するはずである。このことから、原子層結晶上に磁性層を成長させると、原子層結晶との界面でラシュバ・エデルシュタイン効果によるスピン蓄積機構が期待される。研究代表者は、これまで原子層結晶の構造に由来する、理想的なラシュバ効果では説明できない層垂直方向を向く特異な偏極スピンの存在や、ラシュバ効果が小さい重元素原子層結晶以外の系においても軌道角運動量の影響が大きければスピン偏極バンドが生成することを報告してきた。このことは、原子層結晶の構造などを制御することでスピンの向きだけでなく、スピン流の偏極度も制御可能であり、これまでにない概念のスピントロニクスデバイスが創出できる可能性を意味している。そこで、原子層結晶のスピン偏極電子バンドを大きく変調させることなく磁性層を成長させることを目的に、基板との相互作用が弱いことが期待される磁性分子を含む種々の有機分子を成長させた原子層結晶のバンド構造を測定した。その結果、In 2層からなる原子層結晶の場合、どの有機分子を蒸着してもバンド構造が大きく変調しないこと、TlとPbの合金1層からなる原子層結晶の場合は有機分子がCoを含む場合はCoとTlの強い相互作用のためにバンド構造が大きく崩れるものの、それ以外の有機分子では変調がほとんど見られなかった。現在は微小電流を流すことでの原子・分子構造やバンド構造への影響を調べている。また、主課題以外にも原子層結晶と同じくスピン偏極電子バンドを有するトポロジカル絶縁体への磁性有機分子蒸着の影響も調べた。