酸化物界面を用いた高効率スピン流電流変換の実証とスピントロニクスデバイスの創出

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本研究では、ペロブスカイト酸化物界面の二次元電子ガスを用いたスピン流-電流相互変換の物理現象開拓と超低消費電力動作可能なメモリの実現を目指す。本年度は、高効率なスピン流-電流変換を実現するための材料設計指針を確立した。さらに、メモリ動作に向けて、強磁性ペロブスカイト酸化物であるSrRuO3に着目し、分子線エピタキシー法を用いてSrTiO3基板上に作製を行った。電気伝導評価から、最高品質クラスのSrRuO3薄膜の作製に成功した。我々は高磁場を印加することで、電気伝導の量子振動や正の線形磁気抵抗効果が観測し、ワイルフェルミオンによる伝導と結論付けた。磁場の印加角度を変え、量子振動が印加角度に応じてシフトしていく結果が得られた。これは二次元伝導の特徴的な結果であり、SrRuO3のワイルフェルミオンにおけるフェルミアーク由来と考えられる。さらに、膜厚依存性を調べることで、量子振動の位相が変化する現象を観測し、フェルミアークの理論と一致することが確認できた。また、意図的にRuを欠損させたSrRuO3薄膜を作製し、膜厚依存性を調べることで、スキルミオンによるトポロジカルホール効果の探索を行った。磁気伝導現象を測定することで、Ruが欠損した極薄膜でのみしかトポロジカルホール効果が表れないことが分かった。世界最高品質のSrRuO3の膜厚依存性と比較することで、Ruが欠損したSrRuO3極薄膜で現れるトポロジカルホール効果は、スキルミオン由来ではなく複数のドメインによる異常ホール効果の重ね合わせで説明できることが分かった。