白石誠司 工学研究科電子工学専攻教授、Sergey Dushenko 日本学術振興会外国人特別研究員、九州大学先導物質化学研究所、大阪大学、早稲田大学と共同で、電子のもつ電荷とスピンを同時に制御することで、高度なエレクトロニクス分野を構築していく研究領域のスピントロニクスと呼ばれる分野で、次世代材料として大きく注目を集め、2007年にノーベル物理学賞がその発見に与えられた材料であるグラフェンにおける新しいスピン機能を発見しました。
本研究成果は米国物理学会科学誌Physical Review Letters誌の電子版に4月22日に公開されました。
研究者からのコメント
左から白石教授、顿耻蝉丑别苍办辞研究员
グラフェンは2007年から研究している思い入れのある材料です。そのグラフェンにこれまでのスピンを運ぶ（輸送）研究だけでなく、スピンを何か別の物理量に変化させる（変換）機能もあることが理解でき予想外の嬉しさがある研究でした。Dushenko君とこのような新しい機能を発見でき大変幸せに感じています。これからも、科学の基本である「思いもかけない驚きやワクワクを発見する」 ことを念頭において研究していきます。
概要
他のトランジスタに比べると消费电力をかなり抑えられる颁惭翱厂(相补型金属酸化膜半导体)トランジスタの微细化によって低消费电力化と高速动作を可能としてきたシリコンベースの集积回路は、微细加工による性能向上の限界に直面しつつあります。また、颁惭翱厂トランジスタを用いた集积回路は一般に情报を保持するために电圧をかけ続けなければいけないために、省エネルギーの観点からも大きな课题を抱えています。
このような课题を解决した革新的情报デバイスを実现するためには、主に次のような材料面と技术面という2つのアプローチが存在します。
- 材料面：シリコンが本质的に実现できる移动度の限界に近づきつつあるため、シリコンに変わる材料として、シリコンを凌驾する移动度が実験的にも実现されているグラフェンが、ポストシリコン材料の中でも最も有力な材料と期待されている。
- 技术面：スピントロニクスと呼ばれる电子の有する电荷自由度とスピン自由度を同时に制御する技术が有力な技术の一つと考えられており、半导体材料を対象とした半导体スピントロニクスという分野が世界中で活発な研究が进められている。
これらの理由からグラフェンを用いたスピントロニクスは大きな関心を集めており、世界中の研究者が研究を进めている状况にあります。
本研究グループはグラフェンにスピンを注入することでスピン角运动量を电気的に电圧に変换することに成功し、この材料の新しいスピン机能を発见しました。本発见はグラフェンという魅力的材料の新たな机能开拓という意义があり、今后のスピントロニクス研究の広がりが期待されます。
図：(a) 強磁性共鳴によってYIGからグラフェンにスピン角運動量が注入される概念図。(b) イオン液体をグラフェン上に塗布した様子。イオン液体はBF 4 を用いた。(c) グラフェンにおけるスピン角運動量変換で生じる電圧を計測する概念図。
详しい研究内容について
书誌情报
【顿翱滨】
S. Dushenko, H. Ago, K. Kawahara, T. Tsuda, S. Kuwabata, T. Takenobu, T. Shinjo, Y. Ando, and M. Shiraishi. (2016). Gate-Tunable Spin-Charge Conversion and the Role of Spin-Orbit Interaction in Graphene. Phys. Rev. Lett, 116(16), 166102.
