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July 16, 2013

グラフェンとスピントロニクス

KEKプレスリリース

グラフェンと磁性金属の界面で起こる特異な電子スピン配列を発見
-グラフェンへのスピン注入の効率化に新たな指針 -
平成25年7月16日
              独立行政法人日本原子力研究開発機構
              国立大学法人千葉大学
              大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構


【研究の内容と成果】

当研究チームは、グラフェンと磁性金属の接合体について、界面における電子スピン状態を調べることでスピン注入の効率化に対する糸口を探ろうと考えました。本研究では、グラフェンと磁性金属の電子スピン状態を原子層スケールの分解能で検出できる手法として、雨宮教授らが開発した深さ分解X線磁気円二色性分光法に着目しました。磁性金属(ニッケル)薄膜の表面を単原子層のグラフェンで被覆した接合体(参考: http://www.jaea.go.jp/02/press2011/p12033001/index.html)を作製し、同分光法によりグラフェンからニッケル薄膜に至る領域の電子スピン状態を解析しました。

図1に、観測されたニッケルのX線磁気円二色性スペクトルを示します。X線の入射角度が浅い条件(左図)で観測されたスペクトルの大きさは面内方向に並んだ電子スピンの割合を、入射角度が深い条件(右図)で観測されたスペクトルの大きさは面直方向に並んだ電子スピンの割合を強く反映します。また、青線は主に界面に近い場所からの、赤線は界面から離れた場所も含むニッケル全体からのスペクトルにそれぞれ対応します。X線の入射角度が浅い場合、青線に比べて赤線のスペクトルの大きさが強く現れていることが分かります。一方、X線の入射角度が深い場合には、その強弱関係が逆転していることが見て取れます。このことは、界面から離れた場所にあるニッケル原子層では面内方向に電子スピンが配列しやすく、逆に、界面近くのニッケル原子層では面直方向に電子スピンが配列しやすいことを表しています。

界面の情報を含む割合を少しずつ変えてX線磁気円二色性スペクトルの大きさを測定し、その大きさの変化を詳細に解析したところ、図2に示すようにグラフェンとニッケル薄膜の界面からニッケル側の約1ナノメートル(数原子層)の領域で、電子スピンの向きが面内方向から面直方向に回転し、薄膜内部とは異なる配列状態が生じていることが明らかとなりました。さらに、同様の測定を接合体のグラフェンについても行った結果、グラフェンにも面直方向に電子のスピン偏極が生じていることが分かりました。このような現象はニッケル薄膜単独では観測されないため、グラフェンとニッケルの結合によって界面に生じる強い相互作用により引き起こされる、界面特有の現象であると考えられます。

Kek_fig1


Kek_fig2


グラフェンと磁性金属(ニッケル)薄膜の接合体について、界面の近傍で生じる電子スピンの特異な配列状態の存在を明らかにしたそうです。

効率のいいグラフェンができるってことですかね。

KEKの研究成果というのは毎度よくわからないですね。
基礎研究だからかな。


でもなんとなくかっちょいいよね、KEK。人気blogランキング・自然科学にぷちっとな。【押す】≪応接室、ちょっと不具合が出ています。少々お待ちください≫

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