仕幸 英治 (シコウ エイジ)

SHIKOH Eiji

写真a

機関リポジトリを検索

職名

教授

研究室所在地

杉本キャンパス

取得学位 【 表示 / 非表示

  • 東北大学 -  博士(工学)

  • 東北大学 -  修士(工学)

  • 東北大学 -  学士(工学)

研究分野 【 表示 / 非表示

磁気工学、磁性物理学、スピントロニクス

研究概要 【 表示 / 非表示

  • スピン流による省エネ論理演算デバイス創製
    スピントロニクスを用いる創エネデバイス創製
    強磁性共鳴によるエネルギーハーベスティング
    表面および界面磁性の制御と高効率スピン注入技術の創製
    分子薄膜を用いるスピンデバイス創製
    スピン流の熱的スイッチング技術の創製

研究キーワード 【 表示 / 非表示

スピントロニクス, スピンポンピング, 光誘起磁性, 分子スピントロニクス, 強磁性共鳴, 磁性薄膜, 磁気工学, 表面および界面磁性, 電界発光素子

研究歴 【 表示 / 非表示

  • スピントロニクスを用いた新しいデバイス創製に関する研究

      研究期間:

    1999年04月
    -
    現在

    研究課題キーワード:  スマートエネルギー、スピントロニクス、磁気工学

  • 強磁性共鳴によるエネルギーハーベスティングに関する研究

      研究期間:

    2013年04月
    -
    現在

  • スピンポンピングを用いた室温スピン輸送の研究

      研究期間:

    2010年04月
    -
    現在

  • 遷移金属酸化物中のスピン輸送に関する研究

      研究期間:

    2010年04月
    -
    現在

所属学協会 【 表示 / 非表示

  • 応用物理学会

  • 応用物理学会・スピントロニクス研究会

  • 応用物理学会・有機分子バイオエレクトロニクス分科会

  • 日本物理学会

  • 日本磁気学会

委員歴等 【 表示 / 非表示

  •  
     
     

    応用物理学会・スピントロニクス研究会   正会員

  •  
     
     

    日本物理学会   正会員

  •  
     
     

    日本磁気学会   正会員

  •  
     
     

    応用物理学会   正会員

  •  
     
     

    応用物理学会・有機分子バイオエレクトロニクス分科会   正会員

受賞歴 【 表示 / 非表示

  • マツダ研究助成奨励賞

    2019年  

  • 第5回応用物理学会シリコンテクノロジー分科会論文賞

    2014年  

  • 日本応用磁気学会(現、日本磁気学会) 武井賞(学術奨励賞)

    2000年  

現在の職務 【 表示 / 非表示

  • 大阪市立大学   工学研究科   電子情報系専攻   教授  

職務経歴 【 表示 / 非表示

  • 2013年04月
    -
    2018年09月

      大阪市立大学   大学院工学研究科   准教授

  • 2011年
    -
    2013年

      大阪大学   大学院基礎工学研究科   特任准教授

  • 2010年
    -
    2011年

      大阪大学   大学院基礎工学研究科   特任助教

  • 2007年
    -
    2010年

      北陸先端科学技術大学院大学   マテリアルサイエンス研究科   助教

  • 2006年
    -
    2007年

      北陸先端科学技術大学院大学   マテリアルサイエンス研究科   助手

全件表示 >>

出身大学院 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    2004年

    東北大学  工学研究科  応用物理学専攻  博士課程

  •  
    -
    2001年

    東北大学  工学研究科  応用物理学専攻  修士課程

出身学校 【 表示 / 非表示

  •  
    -
    1997年

    東北大学  工学部  応用物理学科

 

論文 【 表示 / 非表示

  • Pure spin current in a robust pigment-red film

    Kazuhiro Nishida, Yoshio Teki, Eiji Shikoh

    cond-mat:arXiv  1908   07730-1 - 07730-15 2019年08月

     概要を見る

    We report the spin current properties in a pigment-red (perylene-3,4,9,10-tetracarboxylic dianhydride: PTCDA) film prepared by thermal evaporation. In a palladium(Pd)/PTCDA/Ni80Fe20 tri-layer sample, a pure spin-current is generated in the PTCDA layer by the spin-pumping of the Ni80Fe20. The spin current is absorbed into the Pd layer, converted into a charge current with the inverse spin-Hall effect in Pd, and detected as an electromotive force. This is clear evidence for the pure spin current in a PTCDA film, and it is confirmed that a PTCDA film is useful not only as a robust protection layer material but also as a spintronic material.

  • Spin Transport in Poly-Acene Films and the Derivative Films by Using the Spin Pumping

    Yuji Tanaka, Taisei Kono, Yoshio Teki, Eiji Shikoh

    IEEE TRANSACTIONS ON MAGNETICS  55   1400304-1 - 1400304-4 2019年02月  [査読有り]

     概要を見る

    The spin transport in thermally-evaporated tetracene films and 6,13-bis(triisopropylsilylethynyl) pentacene (TIPS-pentacene) films by using the spin-pumping-induced spin injection method was challenged at room temperature. The spin transport in the TIPS-pentacene films was demonstrated, while the spin transport in tetracene films was not succeeded. For tetracene films, reconstruction of the prepared films was occurred due to the high vapor pressure and it might be caused the deformation of ferromagnetic material as the spin injector.

    DOI

  • Self-induced inverse spin-Hall effect in an iron and a cobalt single-layer films themselves under the ferromagnetic resonance

    Kazunari Kanagawa, Yoshio Teki, Eiji Shikoh

    AIP ADVANCES  8 ( 5 ) 055910-1 - 055910-6 2018年05月  [査読有り]

     概要を見る

    The inverse spin-Hall effect (ISHE) is produced even in a “single-layer” ferromagnetic material film. Previously, the self-induced ISHE in a Ni80Fe20 film under the ferromagnetic resonance (FMR) was discovered. In this study, we observed an electromotive force (EMF) in an iron (Fe) and a cobalt (Co) single-layer films themselves under the FMR. As origins of the EMFs in the films themselves, the ISHE was main for Fe and dominant for Co, respectively 2 and 18 times larger than the anomalous Hall effect. Thus, we demonstrated the self-induced ISHE in an Fe and a Co single-layer films themselves under the FMR.

    DOI

  • Photoconductivity and magnetoconductance effects on vacuum vapor deposition films of weak charge-transfer complexes

    Ken Kato, Shogo Hagi, Masumi Hinoshita, Eiji Shikoh, Yoshio Teki

    PHYSICAL CHEMISTRY CHEMICAL PHYSICS  19 ( 29 ) 18845 - 18853 2017年08月  [査読有り]

     概要を見る

    Thin films of weak charge-transfer (CT) complexes (pyrene/dimethylpyromellitdiimide or pyrene/pyromellitic dianhydride) were prepared on an interdigitated platinum electrode by vacuum vapor deposition. Their photoconductivity and magnetoconductance (MC) effects were investigated, and mobile triplet excitons (probably CT excitons) were detected by time-resolved ESR (TRESR) at room temperature. The MC effect on the photocurrent was observed and analyzed by quantum-mechanical simulation assuming two types of collision mechanisms between the electron and hole carriers and between the trapped triplet excitons and mobile carriers. A successful simulation was achieved when the parameters (g, D, E, and polarization) determined by TRESR and the effective hyperfine splitting estimated from an ab initio molecular-orbital calculation were used.

    DOI

  • Strong evidence for d-electron spin transport at room temperature at a LaAlO3/SrTiO3 interface

    R. Ohshima, Y. Ando, K. E. Shikoh, M. Shiraishi, et al.

    Nature Materials  16 ( 6 ) 609 - 615 2017年02月  [査読有り]

     概要を見る

    A d-orbital electron has an anisotropic electron orbital and is a source of magnetism. The realization of a two-dimensional electron gas (2DEG) embedded at a LaAlO3/SrTiO3 interface surprised researchers in materials and physical sciences because the 2DEG consists of 3d-electrons of Ti with extraordinarily large carrier mobility, even in the insulating oxide heterostructure. To date, a wide variety of physical phenomena, such as ferromagnetism and the quantum Hall e_ect, have been discovered in this 2DEG system, demonstrating the ability of d-electron 2DEG systems to provide a material platform for the study of interesting physics. However, because of both ferromagnetism and the Rashba field, long-range spin transport and the exploitation of spintronics functions have been believed di_cult to implement in d-electron 2DEG systems. Here, we report the experimental demonstration of room-temperature spin transport in a d-electron-based 2DEG at a LaAlO3/SrTiO3 interface, where the spin relaxation length is about 300 nm. Our finding, which counters the conventional understandings of d-electron 2DEGs, highlights the spin-functionality of conductive oxide systems and opens the field of d-electron spintronics.

全件表示 >>

その他記事(Misc) 【 表示 / 非表示

  • Fe₃Siを用いた動力学的手法による高効率スピン注入の実現

    市場 昂基, 安藤 裕一郎, 山田 晋也, 仕幸 英治, 新庄 輝也, 浜屋 宏平, 白石 誠司

    電子情報通信学会 信学技報  113 ( 407 ) 21 - 24 2014年  [査読有り]  [依頼有り]

     概要を見る

    近年,エネルギー損失のない情報伝達の手段として,純スピン流の制御が大きな注目を浴びている.一般的なスピン生成手法である電気的手法は著しい進歩をし,磁気ヘッドなどに応用されている.しかし,動力学的な手法は直接的に電流を用いることのないため,消費エネルギーの観点から重要性が増しているにも関わらず,未だその効率の低さが問題になっている.そこで本研究では,高効率スピン注入を実現出来る材料の探索を行い,スピン注入源として単結晶Fe_3Siを用いることで従来の約20倍という効率を実現した.さらに,高効率スピン注入を可能とするメカニズムを解明した.

  • スピンポンピングを用いたp型Siへの室温スピン注入とスピン輸送

    久保 和樹, 仕幸 英治, 安藤 和也, 齊藤 英治, 新庄 輝也, 白石 誠司

    電子情報通信学会 信学技報  111 ( 387. MR2011-36 ) 21 - 25 2012年  [査読有り]  [依頼有り]

     概要を見る

    Siは結晶の反転対称性が良いことに起因してスピン軌道相互作用が小さく、半導体材料の中でもスピンコヒーレンスがよい。これまでにn型Siにおいて電気的スピン注入及び室温スピン輸送が報告されているが、p型Siでの室温報告はない。Siを用いたスピンデバイスの開発にはp型Siでの室温スピン輸送の実証と物性解明が必要である。本研究では、従来の電気的手法とは異なり、ダイナミカルな手法であるスピンポンピング法を用いたスピン注入技術による純スピン流生成および、固体中の相対論的効果である逆スピンホール効果によるスピン検出技術を用いることにより、p型Siにおける室温スピン注入とスピン輸送の実証に初めて成功した。

  • Observation of weak temperature dependence of spin diffusion length in highly-doped Si by using a non-local 3-terminal method

    M. Kameno, E. Shikoh, T. Oikawa, T. Sasaki, T. Suzuki, Y. Suzuki, M. Shiraishi

    Journal of Applied Physics  111   07C322-1 - 07C322-3 2012年  [査読有り]

     概要を見る

    We conduct an experimental investigation of temperature dependence of spin diffusion length in highly doped n-type silicon by using a non-local 3-terminal method. Whereas an effect of spin drift is not negligible in non-metallic systems, it is not fully conclusive how the spin drift affects spin transport properties in highly doped Si in a non-local 3-terminal method. Here, we report on temperature dependence of spin diffusion length in the Si, and it is clarified that the spin transport is less affected by an external electric field.

  • Device degradation and the circular polarization of the electro-phosphorescent organic light-emitting diode with a ferromagnetic cathode

    E. Shikoh, E. Nakagawa, A. Fujiwara

    Journal of Physics: Conference Series  200   062027-1 - 062027-4 2010年  [査読有り]

     概要を見る

    Circular polarization of organic light-emitting diode with a ferromagnetic metal Fe cathode and with a phosphorescent molecule Ir(ppy)3 was observed. The maximum degree of circular polarization was 0.4 % at constant voltage operation and 0.6 % at constant current operation. Degree of circular polarization was independent of device degradation process. Both the maximum degrees of circular polarization were much smaller than the value expected from the spin-polarization at Fermi energy of the Fe cathode. Efficient spin-injection and spin transport into emissive molecules are expected to improve the degree of circular polarization.

  • Thermal Degradation of Single-Walled Carbon Nanotubes during Alcohol Catalytic Chemical Vapor Deposition Process

    M.A. Azam, M.A. Mohamed, E. Shikoh, A. Fujiwara

    Japanese Journal of Applied Physics  49   02BA04-01 - 02BA04-06 2010年  [査読有り]

     概要を見る

    We have grown single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) from Co catalyst thin films using the alcohol catalytic chemical vapor deposition (CVD) method for different CVD processing times. The structural properties of the SWCNTs grown have been investigated by Raman spectroscopy with various laser excitations. The growth progressed up to t=20 min, but the Raman intensity of SWCNTs decreased with increasing CVD processing time. The quality of as-grown SWCNTs also decreased with increasing CVD processing times, similar to the trend for Raman intensity. Raman intensity analysis in the radial breathing mode region shows a relatively wide distribution for SWCNTs grown for all CVD processing times, owing to the variations in growth and burning rates with SWCNT diameter. In this paper, we suggest that Co catalyst poisoning and SWCNT burning occur when the CVD processing time is more than 20 min.

全件表示 >>

講演・口頭発表等 【 表示 / 非表示

  • Spin transport in thermally-evaporated polyacene films and the derivative films induced by the spin-pumping

    Yuji Tanaka, Taisei Kono, Masahiro Yamamoto, Yoshio Teki, Hiroaki Tsujimoto, Eiji Shikoh

    2019 Annual Conference on Magnetism and Magnetic Materials (MMM 2019)  2019年11月 

     概要を見る

    Molecular materials are promising on the viewpoint of the spin transport because of their weak spin-orbit interaction. The spin transport in thermally-evaporated pentacene films at room temperature (RT) was achieved with the spin-pumping driven by the ferromagnetic resonance (FMR), although the spin transport mechanism was unclear. In this study, to clarify the mechanism, the spin transport in evaporated tetracene films and TIPS-pentacene films were tried by the spin-pumping. Since a tetracene molecule has less pai-electrons per molecule than pentacene, the spin transport mechanism can be considered on a viewpoint of the pai-electron number difference. A TIPS-pentacene, which is a pentacene-derivative molecule, was focused to investigate the spin transport mechanism from another viewpoint of the film crystallinity difference. Pd(10)/molecules(0 to 100)/Ni80Fe20(25 nm in thick) tri-layer samples were formed on SiO2 substrates by using EB deposition or thermal evaporation. To avoid breaking the samples during Ni80Fe20 depositions, the substrate temperature was kept under 270 K. When the FMR of the Ni80Fe20 is excited with an ESR system, a pure spin current is injected from the Ni80Fe20 layer into the Pd layer via the molecular film. Then, the spin current is converted to a charge current due to the inverse spin-Hall effect (ISHE) in the Pd layer and detected as an electromotive force. For a control experiment, samples with a Cu layer instead of the Pd layer were formed since Cu has weaker spin-orbit interaction than Pd. The spin transport in a tetracene film has not been achieved yet because it was hard to form continuous tetracene films by thermal evaporation due to the high saturated vapor pressure. On TIPS-pentacene samples with a Pd layer, output voltages were observed under the FMR of the Ni80Fe20 and the voltage sign was inverted at the magnetization reversal of the Ni80Fe20. Meanwhile, no output voltages from the TIPS-samples with a Cu layer were observed under the FMR of the Ni80Fe20. These indicate that the output voltage observed from the TIPS-samples with a Pd is due to the ISHE. That is, the spin transport in evaporated TIPS-pentacene films by the spin-pumping was achieved at RT.

  • Ni80Fe20/VO2 二層 接合における強磁性共鳴下での起電力の温度依存性

    田村和真、手木芳男、仕幸英治

    第80回応用物理学会秋季学術講演会  2019年09月 

     概要を見る


    スピントロニクスにおいて、スピン流を外場で制御するスピン流スイッチの実現は重要な課題である。本研究では、遷移金属酸化物である二酸化バナジウム(VO2)に着目した。VO2はある温度付近で抵抗値が急激に変化する金属絶縁体転移という特性を持つ[1]。スピントロニクスにおけるスピン流スイッチを実現する手段として、VO2が持つ特性である金属絶縁体転移を利用し、温度によってスピン流を制御する熱スイッチングが可能なデバイスの創成が期待できる。本研究では、Ni80Fe20/VO2二層接合における強磁性共鳴下での起電力の温度依存性を評価することを目的とした。
    Fig.1に、Ni80Fe20/VO2二層接合の試料構造を示す。真空蒸着装置を用いて、TiO2(001)基板上に、VO2はパルスレーザー堆積法、Ni80Fe20とPdは電子ビーム蒸着法を用いて作製した。Pdは電圧計によって起電力を測定する際の電極として用いた。
    Fig.2に膜厚10 nmのVO2薄膜(Ni80Fe20無し)の抵抗値の温度依存性を示す。試料の温度は2 K/minで変化させた。抵抗値が急激に変化していることから、金属絶縁体転移が発生していることがわかる。
    続いて、二層接合に対し、Ni80Fe20の強磁性共鳴(FMR)を励起し、スピンポンピングによってVO2薄膜へスピン注入を行った。注入されたスピン流は、VO2薄膜中で逆スピンホール効果(ISHE)[2]によって電流に変換される。この電流をVO2の抵抗を介して起電力として検出することにより、VO2薄膜へのスピン注入特性を評価した。ベクトルネットワークアナライザから伝送線路に流れる高周波電流による高周波磁界と電磁石によって発生する静磁界を組み合わせることによって、FMRを励起した。Fig.3に、Fig.1の試料におけるFMR下での起電力(VFMR)の温度依存性を示す。VO2薄膜の抵抗値は温度によって変化するため、VO2薄膜の抵抗値(RVO2)で規格化した。温度上昇によりVO2薄膜の抵抗値が急激に減少すると、VISHE/RVO2は増加した。また、Fig.2と同様に加熱時と冷却時でヒステリシスが確認された。以上のことから、金属絶縁体転移を利用し、温度によってスピン注入効果を制御できる可能性が示唆された。学会時には、研究の詳細について議論する。

  • スピンポンピングを用いた剛直分子薄膜へのスピン輸送特性

    西田和弘、手木芳男、仕幸英治

    第80回応用物理学会秋季学術講演会  2019年09月 

     概要を見る

    近年、分子スピントロニクスが注目されている[1-3]。これまでにスピンポンピングにより様々な有機半導体中でのスピン輸送が達成されている[1-3]。本研究で扱うPTCDA([4],Fig.1)は、剛直なペリレンのπ共役骨格を有し、その薄膜上に金属を蒸着する際に高耐久性が期待できるので、有機半導体としての特性を最大限に発揮したデバイスの作製が可能となる。本研究ではスピンポンピングによるPTCDA薄膜のスピン輸送の実証とその特性評価を目的とした。
    Pd(膜厚10nm)/PTCDA(dnm)/Ni₈₀Fe₂₀(25 nm)の三層構造を真空蒸着により作製した。Pd、Ni₈₀Fe₂₀は電子ビーム蒸着法、PTCDAは抵抗加熱法を用いた。基板には表面に酸化被膜付きSi基板を使用した。Ni₈₀Fe₂₀層の強磁性共鳴(FMR)を励起し、PTCDA層にスピン流を生成し、それをPd層における逆スピンホール効果(ISHE)[5]により起電力として検出することでスピン輸送特性を評価した。FMRの励起には電子スピン共鳴装置を使用し、起電力の検出にはナノボルトメ-タを用いた。測定は全て室温条件下で行った。
    Fig.3にPTCDAの膜厚d= 30nmの試料における(a)FMRスペクトルと(b)FMR磁場付近におけるPdからの出力電圧特性を示す。この時、200mWのマイクロ波を印加した。FMR磁場付近で起電力が検出され、静磁場の方向を反転させると検出される起電力も反転した。また、マイクロ波パワ-を0~200mWの範囲において変化させた時の起電力はマイクロ波パワ-に比例した。スピンポンピングにより励起されたスピン流から変換されるISHE起因の起電力はマイクロ波パワ-に比例することが示されており[1-3]、この結果はその特長と一致する。以上のことから、Pdで検出された起電力はISHEによるものであると推測する。学会時には対照実験を含む研究の詳細について議論する。

  • Spin transport properties in thermally-evaporated polyacene films and TIPS-pentacene films investigated by the spin-pumping

    Eiji Shikoh  [招待有り]

    the 6th Awaji International Workshop on “Electron Spin Science & Technology: Biological and Materials Science Oriented Applications” (6th AWEST 2019)  2019年06月 

     概要を見る

    We developed an evaluation method of the spin transport property in materials with ferromagnetic resonance (FMR), called as “the spin-pumping method” [1]. First, this method was developed to achieve the spin transport at room temperature (RT) in an inorganic semiconductor material, p-type Si in 2013 [1] and then applied for a lot of materials. The spin-pumping is a generation method of a pure spin current which is a flow of spin angular momenta [2]. In a “ferromagnetic metal (FM) / target material / paramagnetic metal (PM)” tri-layer junction, a spin-pump-induced pure spin current, JS, driven by the FMR of the FM layer (for example, Ni80Fe20) is generated in the target material. This JS is absorbed into the PM layer (for example, Pd), converted into a charge current due to the inverse spin-Hall effect (ISHE) in the PM layer [3], and detected as an electromotive force (EMF) via the sample resistance. Thus, if the EMF due to the ISHE in the PM is detected under the FMR of the FM, it is clear evidence for spin transport in the target material.
    In 2014, the spin transport in conductive polymer PBTTT films formed by a solution process was achieved at RT with the spin-pumping [4] and it was suggested that the polarons mainly carry spins in the PBTTT films. In 2015, we achieved the spin transport in thermally-evaporated pentacene films by using the spin-pumping [5], and its spin diffusion length and the spin current relaxation time were evaluated to be about 40 nm and 150 ns at RT, respectively [5, 6]. However, a question “what carries the spins in pentacene films?” has been remained because a pure pentacene film is basically an insulator.
    Recently, we tried the spin-pumping-induced spin transport at RT in thermally- evaporated tetracene films possessing less -electron numbers per a molecule than pentacene, and in TIPS-pentacene films having higher crystallinity than pentacene. For tetracene, the making of thermally-evaporated films has not been succeeded yet because of its high vapor pressure. Meanwhile, we successfully demonstrated the spin-pump-induced spin transport in evaporated TIPS-pentacene films at RT [7]. The detail will be discussed in the presentation.

    [1] E. Shikoh, M. Shiraishi, et al., Phys. Rev. Lett., 2013, 110, 127201-1 – 4.
    [2] S. Mizukami, Y. Ando, T. Miyazaki, Phys. Rev B, 2002, 66, 104413-1 – 9.
    [3] E. Saitoh, M. Ueda, H. Miyajima, G. Tatara, Appl. Phys. Lett., 2006, 88, 182509-1 – 3.
    [4] S. Watanabe, et al., Nat. Phys., 2014, 10, 308 – 313.
    [5] Y. Tani, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 2015, 107, 242406-1 – 4.
    [6] Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 2017, 110, 032403-1 – 4.
    [7] Y. Tanaka, Y. Teki, E. Shikoh, IEEE Trans. on Magnetism, 2019, 55, 1400304-1 – 4.

  • 強磁性共鳴によるエネルギーハーベスティング

    仕幸英治  [招待有り]

    平成30年 電気関係学会関西連合大会  2018年12月 

     概要を見る

    スピントロニクスを用いたスマートエネルギー技術身が注目されている。我々は革新的スピントロニクスデバイスとして、強磁性共鳴状態の強磁性金属単層薄膜に生成される起電力を利用するデバイスの創製を目指している。これにより電子デバイスにおける局所的な創エネを実現するとともに、その起電力を蓄電して利用する畜エネ技術開発も行う。強磁性金属(FM)の薄膜に静磁界Hと高周波磁界を印加すると強磁性共鳴(FMR)が励起され、即ち、FM薄膜内の微小磁石Mが歳差運動を行う。FMRはFM薄膜が一様に磁化されていればMの一斉回転モデルにより、H、高周波の周波数およびFM薄膜の飽和磁化MSで決まる共鳴条件を満たす際に最も強く励起される。通常FM薄膜は保持するための基板上に形成される。このときFM薄膜内の磁気緩和特性が、基板との界面側と膜表面側(空気との界面側)とで異なるため、膜全体のMは一様には回転せず、回転の位相が異なる。そのため基板に保持されているFM薄膜にはそのFMR下でスピン角運動量の流れである純スピン流が膜面の法線方向に生じる。これまでに鉄(Fe), コバルト(Co)およびニッケル(Ni)-Fe合金(Ni80Fe20)薄膜において、Hの方向と純スピン流の方向の双方に直角な方向に起電力が生成されることを見出した。この起電力の起源は、スピン流がFMのスピン軌道相互作用によって電流へと変換される逆スピンホール効果が主であり他に異常ホール効果等のいくつかの現象も含まれることを定量的に評価した。本稿では、まず、これまでの成果の概要を紹介し、次に実用化への展望および課題を述べる。真空蒸着装置を用い、絶縁体基板上にFe, Co, NiおよびNi80Fe20等のFM薄膜を形成した。膜厚dは実験パラメータであり、マイクロ波の表皮効果とこれまでの研究実績から50 nm以下とした。FMRの励起には、電子スピン共鳴装置を用いる方法あるいは、ベクトルネットワークアナライザにより伝送線路に高周波電流を印加し、それにより高周波磁界を発生させる方法を用いた。起電力の検出にはナノボルトメータを用いた。全ての評価は室温で行った。
    FeおよびCo薄膜ともFMRが観測され、HFMR付近で起電力が観測された。ここで注目すべきは主たる起電力Vの符号である。まずHの印加方向が反転するとVsymの符号も反転する点は逆スピンホール効果の重要な特徴であり、Fe、Coともに観測された。更に興味深い点が、原子番号が一つしか違わないFeとCoの間で起電力の符号が異なる点である。これは強磁性体を、3d電子数の異なる常磁性体的に捉えたリジッドバンドモデルによる理論的考察と一致しない。FeとCoは、NiやNi80Fe20と比べてMSが大きいため、FMR条件のHが小さく、実用化に向いている。即ち、このVsymの符号の起源の解明が、その絶対値制御とともに喫緊の課題である。
    FMRの励起においてHの制御の容易さの点から、数GHz~十数GHzの高周波が利用される。近年、この周波数帯域の電波が環境に多く存在する (PCや無線LAN、スマートフォン等)。そこで、デバイス中にFM薄膜とHの発生機構を内蔵し、環境に存在する高周波を用いてFMRを励起することにより、局所的な起電力を発生させる。この起電力をそのままデバイスの電源として用いてもよいが、電源を常時接続する必要が無い点にも着目する。例として建物内部の非常用照明の電源として用いる(そのままでは起電力が小さいため、コンデンサを接続し、蓄電して利用)。あるいはウェアラブルデバイスのようにバッテリーの軽量化が必要な分野に展開する。
    従来GHz帯の電磁波(高周波)のセンシングあるいは同周波数帯の高周波による送電技術には、高周波の電界成分を利用し、アンテナ技術を用いていたが、アンテナ長は電磁波の波長と相関、即ち、周波数と相関するため、周波数の連続可変への対応は困難である。一方、本研究では電磁波の磁界成分を用い、GHz帯域の高周波だけでなく、原理的にはTHz帯域まで周波数連続で利用可能になる(FMR励起のための静磁界の制御は必要)。将来応用として、環境に存在するあらゆる周波帯域の高周波を利用し、発電する新技術を開発中である。

全件表示 >>

科研費(文科省・学振)獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 励起状態ダイナミクスを利用したπラジカルのスピントロニクス素子への展開

    基盤研究(B) 分担者・その他

    研究期間:

    2016年04月
    -
    2019年03月
     

  • キャリア輸送型スピン流を用いた論理演算素子創製に関する研究

    基盤研究(B) 代表者

    研究期間:

    2014年04月
    -
    2017年03月
     

  • 原子層制御技術によるスピン波プリズムの創成

    挑戦的萌芽研究 分担者・その他

    研究期間:

    2013年04月
    -
    2016年03月
     

  • スピンポンピングを用いたシリコンおよびゲルマニウムの室温スピン輸送の研究

    若手研究(B) 代表者

    研究期間:

    2012年04月
    -
    2014年03月
     

  • ナノチューブを直接合成したスピンデバイスの輸送特性

    特定領域研究 公募研究 分担者・その他

    研究期間:

    2008年04月
    -
    2010年03月
     

全件表示 >>

その他資金獲得実績 【 表示 / 非表示

  • 自己発電する電磁波シールド開発に関する研究

    制度名:  第35回(2019年度)マツダ研究助成およびマツダ研究助成奨励賞 (教育研究奨励寄附)  代表者

    研究期間:

    2020年04月
    -
    2021年03月

  • 強磁性共鳴下で強磁性薄膜に生成される起電力の温度制御に関する研究

    制度名:  物質・デバイス領域共同研究拠点 基盤共同研究 (共同研究)  代表者

    研究期間:

    2019年04月
    -
    2020年03月

  • 強磁性金属単層薄膜の強磁性共鳴によるエネルギーハーベスティングに関する研究

    制度名:  村田学術振興財団 研究助成 (研究助成)  代表者

    研究期間:

    2018年08月
    -
    2019年07月

  • スピンフォトニクスイメージングによる分析・診断技術の創出

    制度名:  大阪市立大学 戦略的研究 重点研究 (学内研究費)  分担者・その他

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2020年03月

  • 強磁性共鳴下で強磁性薄膜に生成される起電力の温度制御に関する研究

    制度名:  物質・デバイス領域共同研究拠点 基盤共同研究 (共同研究)  代表者

    研究期間:

    2018年04月
    -
    2019年03月

全件表示 >>

 

担当授業科目(学内) 【 表示 / 非表示

  • 電気回路学 II

    (2019年度)大学 専門科目

  • 電気情報工学実験A

    (2019年度)大学 専門科目

  • 情報エネルギー工学

    (2019年度)大学 専門科目

  • 電気情報工学応用演習

    (2019年度)大学 専門科目

  • スマートエネルギー特論

    (2019年度)大学院 専門科目

全件表示 >>

 

社会貢献活動 【 表示 / 非表示

  • 出張講義『工学部とは?』

    (私立洛南高等学校)

    役割:出演, 講師, その他

     対象:高校生 

    2019年07月
     
     

    主催者・発行元: 私立洛南高等学校 

     概要を見る

    「工学部とは?」と題し、大学での学び、特に理系での学びについて講義した。

  • 大阪府立大学・大阪市立大学ニューテクノフェア2017

    (大阪産業創造館)

    役割:出演, 講師

     対象:大学生, 大学院生, 保護者, 研究者, 社会人・一般, 企業, メディア 

    2017年12月