金沢大ら,色素を塗るだけでスピン変換を実現

金沢大学,東京大学,理化学研究所,大阪大学の研究グループは,色素分子のフタロシアニンを金属銅の表面に塗るだけで,スピン流を電流に変換する機能が発現することを実証した(ニュースリリース)。

スピンの性質を積極的に利用するスピントロニクス研究が世界的に活発に進んでいる。特に,スピン流の生成・検出は,スピントロニクス応用において最も重要な要素技術の1つ。近年,固体無機材料の界面においてスピン流と電流が非常に効率的に相互変換されることが示され,注目を集めている。

研究グループは,無機材料と比べて大きな設計自由度を有しながらスピントロニクスの分野では未開拓な有機材料の分子に着目した。今回の研究では,道路標識の青色顔料としても利用されている色素分子のフタロシアニン分子を銅表面に蒸着した界面に,スピンポンピング法によってスピン流を注入したところ,電圧信号が観察され,高効率な変換を実証した。

さらに,変換効率の最大化に必要な条件を明らかにするため,分子層の厚み(膜厚)を系統的に変化させた試料を作製し,スピン流-電流変換由来の電圧信号の変化を計測したところ,銅表面の膜厚がフタロシアニン分子1層の時に最大化することを見いだし,白金やビスマスといった重金属を用いたスピンホール素子と同等の性能を有することを示した。

また,フタロシアニンと金属銅の接合面がスピン流・電流変換を起こす電子状態であることが,スーパーコンピュータ京を用いた大規模な第一原理計算による電子スピン状態の解析によって明らかになった。

研究グループは,今回の研究成果により分子の持つ高い設計自由度を使った新規電子デバイスの実現が今後期待できるとしている。

その他関連ニュース

  • 東北大ら,磁気八極子の観測に放射光で成功 2021年09月27日
  • 阪大ら,スピントロニクス材料の電子構造を可視化 2021年09月22日
  • 東大ら,ガーネットで誘電分極と磁化の共存を実現 2021年09月21日
  • 産総研ら,超伝導体でスピン配列の制御を実現 2021年09月07日
  • 東大ら,中赤外光パルスで超高速磁気異方性を制御 2021年09月02日
  • 東北大ら,トリプロンのスピン流伝搬を実証 2021年09月01日
  • 東大ら,新奇磁性体を発見するデザイン則を開発 2021年08月31日
  • 阪大ら,3個以上のスピンが揃った多電子を読出し 2021年08月23日