スピン軌道相互作用の機能化に基づくポーラロンスピントロニクスの創生

基于自旋轨道相互作用功能化的极化子自旋电子学的创建

• 批准号: 14J12564
• 负责人: 渡邉 峻一郎
• 金额: $ 4.99万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2014
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2014-04-25 至 2016-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14J12564/
• 关键词: 有機スピントロニクス; スピントロニクス; 有機半導体材料

本研究の最大目標は、有機半導体材料を用いたスピントランジスタ(Spin-FET)のプロトタイプを作製することである。Spin-FETは電子の持つスピン自由度を用いた超高速・低消費電力が期待される夢のデバイスである。本研究課題では有機半導体材料のスピン軌道相互作用(SOC)を高機能化し, さらに微細加工技術などのナノテクノロジーや化学合成を最大限活用し、spin-FETの実現を目指した。まず当初の計画通り、ケンブリッジ大キャヴェンディッシュ研究所と共同研究体制を構築(計17ヶ月滞在)し, ナノスケールデバイスの作製及び、有機材料のスピン物性評価を行った。また、独国マインツ大学の理論家と共同研究体制を確立し, 量子化学計算から材料選定を効率化させる手法を用いた。その結果、当初の予想どおり原子番号の大きな元素を含む有機材料でのスピン軌道相互作用の増大を世界で初めて観測した（Nature Chemistry誌へ投稿準備中）。一方で、当初スピン寿命1秒, スピン拡散長10マイクロメートルの達成を目指したが、前者は1ミリ秒、後者は1マイクロメートルと及ばなかった。更なる材料選択の余地があり、今後とも引き続き実験を行う予定である。二年次は、引き続きケンブリッジ大を拠点とし、spin-FETの駆動に必要な磁気抵抗の観測を目指した。ケンブリッジ大で立ち上げた磁気輸送測定装置を用いて、これまで観測されていなかった全く新しい磁気抵抗効果を有機材料で初めて発見した。本研究成果はNature Materials誌にアクセプトされた。今回得られた磁気抵抗測定を用いることで、二年次の課題としていたスピン軌道相互作用の定量化・電気的検出が可能であり、目標が達成されたといえる。微細加工を用いたspin-FETのプロトタイプ作製はかなわなかったものの、微細加工技術等の習熟は十分に行うことができた。

The main purpose of this research is to make the organic semiconductor materials more suitable for use as spin-FETs. Spin-FET is an electronic device with high speed and low power consumption. This research topic is aimed at the high functionalization of organic semiconductor materials, the maximum utilization of microfabrication technology and chemical synthesis, and the realization of spin-FET. The initial plan was to establish a joint research system (estimated at 17 months) for the production and evaluation of organic materials. The theoretical system of quantum chemistry is established, and the method of material selection is used. The results of this study are preliminary to the study of the growth of orbital interactions in organic materials (Nature Chemistry). One side, the initial life span of 1 second, the dispersion length of 10 minutes, the former is 1 minute, the latter is 1 minute, and the latter is 1 minute. There is room for more material selection. For the second time, the magnetic resistance measurement of spin-FET is required. A new magnetic transport measuring device for organic materials has been developed. The results of this study are contrary to Nature Materials. This paper presents a biannual project for the quantification of orbital interactions and the detection of electrical energy. Micromachining technology is very popular in the field of spin-FET technology.

项目成果

Spin-current emission governed by nonlinear spin dynamics.

• DOI: 10.1038/srep15158
• 发表时间: 2015-10-16
• 期刊: Scientific reports
• 影响因子: 4.6
• 作者: Tashiro T;Matsuura S;Nomura A;Watanabe S;Kang K;Sirringhaus H;Ando K
• 通讯作者: Ando K

Spin current in organic semiconductors

有机半导体中的自旋电流

• 发表时间: 2015
• 作者: Shuhei Sumino;Ilhyong Ryu;Shun Watanabe
• 通讯作者: Shun Watanabe

2D Coherent Charge Transport in Highly Ordered Conducting Polymers Doped by Solid State Diusion

固态扩散掺杂的高度有序导电聚合物中的二维相干电荷传输

• 发表时间: 2016
• 期刊: Nature Materials
• 影响因子: 41.2
• 作者: 1.K. Kang*;S. Watanabe*;K. Broch;A. Sepe;A. Brown;I. Nasrallah;M. Nikolka;Z. Fei;M. Heeney;D. Matsumoto;K. Marumoto;H. Tanaka;S. Kuroda;and H;Sirringhaus,
• 通讯作者: Sirringhaus,

Performance and Stability Enhancement of Dye-Sensitized and Perovskite Solar Cells by Al Doping of TiO2

• DOI: 10.1002/adfm.201401658
• 发表时间: 2014-10-15
• 期刊: ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS
• 影响因子: 19
• 作者: Pathak, Sandeep K.;Abate, A.;Steiner, Ullrich
• 通讯作者: Steiner, Ullrich

Signature of the insulator-metal transition of a semicrystalline conjugated polymer in ionic-liquid-gated transistors

离子液体门控晶体管中半晶共轭聚合物的绝缘体-金属转变特征

• DOI: 10.7567/apex.8.021601
• 发表时间: 2015
• 期刊: Applied Physics Express
• 影响因子: 2.3
• 作者: Tomonori Harada;Hiroshi Ito;Yoshihiro Ando;Shun Watanabe;Hisaaki Tanaka and Shin-ichi Kuroda
• 通讯作者: Hisaaki Tanaka and Shin-ichi Kuroda