微小電極間に架橋した単一分子のスピン輸送特性の解明

点击翻译按钮获取中文摘要

本研究では単一機分子のスピントロニクスデバイスとしての可能性に着目し、機械制御破断接合(MCBJ)法を用いて単一分子のスピン輸送特性を実験的に明らかにする研究を行った。まず極低温にてニッケル電極間にベンゼンジチオール(BDT)単分子が架橋した単分子接合を形成し、磁場強度を0Tから0.25Tの範囲内で変化させながら接合のコンダクタンスを統計的に求めた結果、磁場強度のスイープ方向の違いによる抵抗変化のヒステリシスが観測された。これは外部磁場の印加により両電極の磁化方向が平行、および反平行な状態が実現し、それに応じて抵抗が変化していること、すなわち単分子接合がスピンバルブとして機能していることを示している。また得られた磁気抵抗率は80%～150%であり、これらの値は非磁性層がトンネル障壁であるスピンバルブにおいて観測されている磁気抵抗率の値よりもはるかに大きい。このことはπ共役性の単分子接合に対して理論的に予想されていた特徴的な磁気抵抗特性と定性的に一致している。さらに個々の接合の電流-電圧(I-V)特性の観測にも成功し、印加磁場の強度によってI-V特性の非線形性が異なることが明らかになった。この結果はπ共役性分子を用いた単分子接合において、理論的に予想されていたような電極の磁化方向による接合の電子透過スペクトルの形状の変化が確かに生じることを実験的に示すものである。単分子接合におけるスピン輸送特性の詳細を実験的に調べた研究例はこれまでに殆ど見られない。本研究により得られた結果は、従来の分子エレクトロニクスとスピントロニクスが融合した分子スピントロニクスと呼ばれる新しい分野の発展の礎となることが期待される。