Synthesis of Chiral Crystal Thin Films and Exploration of Chiral Spintronics

手性晶体薄膜的合成及手性自旋电子学的探索

• 批准号: 22K18965
• 负责人: 金澤 直也
• 金额: $ 4.16万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K18965/
• 关键词: キラル結晶薄膜; スピントロニクス; 反対称的スピン軌道相互作用

19世紀のコイルの誕生によって、電磁誘導による発電、インダクタ、非接触充電や長距離通信といった様々な機能が実現されてきた。コイルは、抵抗やキャパシタと同様に電気回路の基本素子として現代のエレクトロニクスを支えている重要な要素である。本研究は、キラル/ヘリカルな原子構造やスピン構造を利用して、コイルの機能に量子力学的効果を付与し、新しいスピントロニクス機能を生み出すことを目的としている。初年度である2022年度は、主にキラルな結晶構造を持つFeSiにおける室温での電流による磁化スイッチング機能の室温動作の実現とヘリカルスピン構造の電流誘起ダイナミクスに由来したインダクタンスの微視的機構に対する実験的評価を行った。前者については、FeSiのエピタキシャル薄膜合成に成功し、(111)表面のキラルな対称性に由来して外部磁場なしでも決定論的磁化スイッチング機能を実現することができた。この物質設計指針を用いることによって、MRAMといった次世代不揮発メモリのデバイス構造を単純化できる可能性を示した。一方で後者については、高温(室温付近)で短周期らせん磁気構造を示すカゴメ格子磁性体において、磁性不純物サイトの導入によってどのようにインダクタンス応答の強度や符号が影響を受けるかを、小角中性子散乱実験を行うことで実験的に解明した。特に室温付近において共線的反強磁性スピン構造でも熱ゆらぎによって非共線的なスピンダイナミクスが生じ、インダクタ機能が発現することを示唆することができた。

Born in the 19th century の コ イ ル の に よ っ て, electromagnetic induction に よ る 発 electricity, イ ン ダ ク タ, non-contact charging や long-distance communication と い っ た others 々 な function が be presently さ れ て き た. コ イ ル は, resistance や キ ャ パ シ タ と with others に electric 気 loop の basic element child と し て modern の エ レ ク ト ロ ニ ク ス を branch え て い る is key factor な で あ る. は, this study キ ラ ル / ヘ リ カ ル な atomic structure や ス ピ ン constructing を using し て, コ イ ル の function に quantum mechanics services fruit を give し, new し い ス ピ ン ト ロ ニ ク ス function を raw み out す こ と を purpose と し て い る. Early annual で あ る は 2022, main に キ ラ ル な crystal structure を hold つ FeSi に お け る room-temperature で の current に よ る magnetization ス イ ッ チ ン の グ function room temperature action の be presently と ヘ リ カ ル ス ピ ン tectonic の current induced ダ イ ナ ミ ク ス に origin し た イ ン ダ ク タ ン ス の micro apparent agency に す seaborne る be 験 evaluation of 価 を line っ た. The former に つ い て は, FeSi の エ ピ タ キ シ ャ ル film synthesis に し success, (111) surface の キ ラ ル な said sex seaborne に origin し て external magnetic field な し で も determinism of magnetization ス イ ッ チ ン グ function を be presently す る こ と が で き た. Pointer を こ の material design with い る こ と に よ っ て, MRAM と い っ た nextgen not wield 発 メ モ リ の デ バ イ ス tectonic を 単 purification で き を る possibility in し た. Party で latter に つ い て は, high temperature (room temperature) で short-period ら せ ん magnetic 気 tectonic を shown す カ ゴ メ grid magnetic body に お い て, magnetic impurity content サ イ ト の import に よ っ て ど の よ う に イ ン ダ ク タ ン ス 応 answer の strength や symbol が を by け る か を, sit in the small Angle scattered be 験 を line う こ と で be 験 of に interpret し た. Special に at room temperature to pay nearly に お い て collinear of strong magnetic ス ピ ン tectonic で も hot ゆ ら ぎ に よ っ て non collinear な ス ピ ン ダ イ ナ ミ ク ス が じ, イ ン ダ ク タ function が 発 now す る こ と を in stopping す る こ と が で き た.

项目成果

FeSi における強磁性トポロジカル表面状態の発現と強スピン-軌道結合物性

FeSi 中铁磁拓扑表面态和强自旋轨道耦合特性的表达

• 发表时间: 2023
• 作者: Fujishiro Y.;Kanazawa N.;Shinmei T.;Nishi M.;Nakajima T.;Arima T.;Hashizume D.;Bahramy M. S.;Irifune T.;Tokura Y.;金澤 直也
• 通讯作者: 金澤 直也

Paul Scherrer Institute(スイス)

保罗谢勒研究所（瑞士）

Doping control of magnetism and emergent electromagnetic induction in high-temperature helimagnets

高温螺旋磁体中磁性和突发电磁感应的掺杂控制

• DOI: 10.1103/physrevb.107.024406
• 发表时间: 2023
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Kitaori Aki;White Jonathan S.;Kanazawa Naoya;Ukleev Victor;Singh Deepak;Furukawa Yuki;Arima Taka-hisa;Nagaosa Naoto;Tokura Yoshinori
• 通讯作者: Tokura Yoshinori

A Noble‐Metal‐Free Spintronic System with Proximity‐Enhanced Ferromagnetic Topological Surface State of FeSi above Room Temperature

室温以上 FeSi 具有邻近增强铁磁拓扑表面态的无贵金属自旋电子系统

• DOI: 10.1002/adma.202206801
• 发表时间: 2022
• 期刊: Advanced Materials
• 影响因子: 29.4
• 作者: Hori Tomohiro;Kanazawa Naoya;Hirayama Motoaki;Fujiwara Kohei;Tsukazaki Atsushi;Ichikawa Masakazu;Kawasaki Masashi;Tokura Yoshinori
• 通讯作者: Tokura Yoshinori

金澤研究室ホームページ

金泽实验室主页