Publishing type：Research paper (scientific journal)   International / domestic magazine：International journal  

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DOI： 10.1063/5.0056724

Authorship：Corresponding author   Publishing type：Research paper (international conference proceedings)   Kind of work：Joint Work   International / domestic magazine：International journal  

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Publishing type：Research paper (scientific journal)  

DOI： 10.1063/1.5129188

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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.

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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： 10.1109/TMAG.2018.2856275

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DOI： 10.1063/1.5006102

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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： 10.1039/c7cp02781h

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In this paper, we report on the investigation of (i) the transport properties of multicarriers in semimetal Bi and (ii) the spin conversion physics in this semimetal system on a ferrimagnetic insulator, yttrium-iron-garnet. Hall measurements reveal that electrons and holes coexist in the Bi, with electrons being the dominant carrier. The results of a spin conversion experiment corroborate the results of the Hall measurement; in addition, the inverse spin Hall effect governs the spin conversion in the semimetal/insulator system. This study provides further insights into spin conversion physics in semimetal systems.

DOI： 10.1103/PhysRevB.93.174428

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DOI： 10.1088/1468-6996/9/2/025019

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Authorship：Lead author   Publishing type：Research paper (scientific journal)   Kind of work：Joint Work   International / domestic magazine：Domestic journal  

Layered perovskites (RNH₃)₂CuCl₄ were synthesized, where R was C₆H₅(CH₂)-, C₆H₅(CH₂)₂ -, 1-C₁₀H₉(CH₂)-, 2-C₁₀H₉(CH₂)-, 1-C₆H₅N=NC₆H₄O(CH₂)₃-, and 1-C₆H₅COC₆H₄O(CH₂)₃-. These complexes showed ferromagnetism with different Curie temperature, T_C, depending on the structure of the molecules. These T_C seem to be independent of the distance of interlayer space between CuCl-bases layers, The complexes with naphthalene showed lower T_C than those with benzene, the degree of electronic state mixing between the organic and the inorganic layers might change and affect the interlayer magnetic interaction J’.

Authorship：Lead author   Publishing type：Research paper (scientific journal)   Kind of work：Joint Work   International / domestic magazine：International journal  

Authorship：Lead author   Publishing type：Research paper (scientific journal)   Kind of work：Joint Work   International / domestic magazine：Domestic journal  

Organic-inorganic complex magnets (RNH₃)₂CuCl₄ were synthesized, where R is a simple alkylammonium molecule (CH₃(CH₂)₁₇), a 1-methyl-naphthalene (1-C₁₀H₉-CH₂), a 1-propyl-naphthane (1-C₁₀H₉-O(CH₂)₃), or a 1-butyl-naphthane (1-C₁₀H₉-O(CH₂)₄), M is a 3d transition metal element, and X is a halide element (Cl). Their complexes had a layered perovskite structure checked by XRD. The distance of interlayer space between MCl-based layers was shorter for the complexes with 1-butyl-naphthane than for those with 1-propyl-naphthane. When R was a simple alkylammonium molecule, a 1-methyl-naphthalene and a 1-propyl-naphthalene, its Cu complexes showed ferromagnetism and it Mn complexes antiferromagnetism. However, Cu and Mn complexes with a 1-butyl-naphtalene did not show ferromagnetism and antiferromagnetism, respectively. The absorption spectra of Cu complexes were also measured. When R was a simple alkylammonium molecule, a 1-methyl-naphthalene and a 1-propyl-naphthalene, Cu complexes showed a D_4h structure for inorganic layers, while the structure for the complex with a 1-butyl-naphthalene was D_2d.

Authorship：Lead author   Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (international conference proceedings)   Kind of work：Joint Work   International / domestic magazine：International journal  

Authorship：Lead author   Publishing type：Article, review, commentary, editorial, etc. (scientific journal)   Kind of work：Single Work   International / domestic magazine：Domestic journal  

Authorship：Lead author   Kind of work：Joint Work   International / domestic magazine：International journal  

Presentation type：Poster presentation  

Venue：仙台  

講演番号：21a-P02-9

Presentation type：Poster presentation  

Venue：仙台  

講演番号：21a-P02-10

Presentation type：Poster presentation  

Venue：Okinawa  

Poster No.1-11

Presentation type：Poster presentation  

Venue：Okinawa  

Poster No.1-78

Presentation type：Poster presentation  

Venue：Okinawa  

Poster No.1-12

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Venue：オンライン  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Oral presentation (general)  

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.

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

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.

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Poster presentation  

最近、スピン流の生成や検出が比較的容易になり、従来とは異なる動作原理を持つスピンデバイスへの応用が期待されている。一方で近年のデバイスの小型化、軽量化への需要に伴い、フレキシブル基板の使用例が増大しており、デバイス化において、基板が変形しても素子の動作を保証する必要がある。しかし、強磁性薄膜はひずみによりその磁気異方性が変化するので、スピン流の生成、検出に影響を与えることが懸念される。よって本研究の目的は、ひずみを印加した強磁性薄膜にスピンポンピングを励起し、生成されるスピン流由来の起電力を観測し、その特性評価を行うことである。
Pd (膜厚 10 nm) / Ni80Fe20(25 nm)の二層構造を電子ビーム蒸着法により作製した。基板にはPET基板を使用した。作製した試料を、曲率半径の異なる半円を持つ台座に沿わせ、固定することで、試料にひずみを印加した。測定には曲率半径7.5 mm, 10.0 mm, 12.5 mmを持つ3つの台座を使用した。
以上のように試料にひずみが印加された状態下において、電子スピン共鳴（ESR）装置を用いてNi80Fe20層にFMRを励起し、Pd層における逆スピンホール効果（ISHE）により起電力を検出することで、ひずみによる起電力特性の変化を評価した。試料に印加したマイクロ波パワーは200 mWであり、測定は全て室温で行った。
ひずみの増加に伴ってFMRスペクトルの半値幅が増大した。学会時には、研究の詳細について議論する。

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

In spintronics, carbon-based materials are promising from the viewpoint of the spin transport because their spin-orbit interaction is generally weak. In this study, a pentacene thin film prepared by thermal evaporation is focused as a candidate material for spin transport. Pentacene has good crystallinity, even in thermally-evaporated films, and shows relatively high electrical conductivity without any dopants. Moreover, pentacene shows photo-conductivity, that is, the spin transport can be controlled by light irradiation. Previously, spin transport in pentacene films was studied using a spin-polarized charge current. However, in the electrical spin injection, there is a conductance mismatch problem between the ferromagnetic electrode as a spin injector and pentacene, which causes lowering the spin injection efficiency. In this study, clear evidence for spin transport in pentacene films at room temperature (RT) is shown by using a spin-pump-induced pure spin current. In the spin-pump which is a dynamical spin injection method, the conductance mismatch problem is negligible.
By using EB deposition or resistance heating deposition, Pd(10 nm in thick)/pentacene (d: 0 ~ 100 nm)/Ni80Fe20(25 nm) tri-layer structure samples were prepared. Spin transport properties in pentacene films are observed as follows: A spin-pump-induced pure spin current, JS, driven by the ferromagnetic resonance (FMR) of the Ni80Fe20 film is generated in the pentacene layer. This JS is absorbed into the Pd layer, converted into a charge current as a result of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in Pd, and detected as an electromotive force (EMF) via the sample resistance. Thus, if the EMF due to the ISHE in Pd is detected under the FMR of Ni80Fe20, it is clear evidence for spin transport in pentacene films.
Output voltages from samples were observed under the FMR of the Ni80Fe20 film, and the voltage sign was inverted at the magnetization reversal of the Ni80Fe20 film. This sign inversion of voltage in Pd associated with the magnetization reversal in Ni80Fe20 is a characteristic of the ISHE. The output voltage increases in proportion to the microwave power of the ESR system, which is also the characteristic of the ISHE. Meanwhile, no clear output voltages from samples with a Cu layer instead of a Pd layer were observed under the FMR of the Ni80Fe20 film. The above results suggest that the output voltages observed in samples with a Pd layer under the FMR of the Ni80Fe20 film are mainly due to the ISHE in Pd. That is, spin-pump-induced spin transport in evaporated-pentacene films was achieved at RT [1]. Using the d dependence of the EMF, the spin diffusion length in evaporated pentacene films, , was evaluated to be 42±10 nm at RT [1]. By using the  and the mobility in films, the spin current relaxation time in pentacene films was evaluated to be 150±120 ns at RT [2].

[1] Y. Tani, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 2015, 107, 242406-1 – 242406-4.
[2] Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 2017, 110, 032403-1 – 032403-4.

Presentation type：Poster presentation  

Thin films of weak charge-transfer (CT) complexes (pyrene/pyromellitic dianhydride or pyrene/dimethylpyromellitdiimide) 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 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.

Presentation type：Poster presentation  

有機半導体における光電流の磁場効果は固相中のスピンを持つキャリアの挙動を反映するため、磁場効果を解析することで有機デバイスの励起状態における輸送特性の解明／制御に繋がると期待される。弱い電荷移動CT錯体は光励起することで効率的に電荷分離を引き起こすことが知られており 1) 、電荷分離によるキャリアの生成過程や励起子とキャリアの衝突が磁場効果を示すと予想される 。
本研究では弱いCT錯体としてピレン／ピロメリット酸無水物およびピレン／ジメチルピロメリットジイミドを選択し、その結晶の時間分解ESRを測定することにより電荷分離状態または三重項励起子を観測した。また、それぞれのCT錯体を櫛形電極に真空蒸着した蒸着膜において窒素雰囲気下、キセノンランプ白色光照射条件で電圧を10V印加することで 光電流を観測した。さらに、200 mTの磁場を印加することでその光電流が約1.2%増加することを見出した。この磁場効果の磁場強度依存性をトラップされた三重項励起子とキャリアの衝突によりキャリアがトラップされる過程と電荷分離状態からホールと電子が生成 し、拡散していく過程をStochastic Liouville方程式により量子力学的シミュレーションを行った。時間分解ESRによって決定されたゼロ磁場分裂パラメータ（g値、 D 値、 E 値） および動的スピン分極と分子軌道計算から推定された超微細結合定数を用いることでシミュレーションは磁場効果の振る舞いを図１に示したように良好に再現できた2) 。
1 J. Krzystek J. U. Von Schütz, Triplet Excitons in Weak Organic Charge Transfer Crystals, Advances in Chemical Physics, Wiley VCH, Weinheim, Germany, 1993 , vol. 86.
2 K Kato, S Hagi, M Hinoshita, E Shikoh Y Teki, Phys . Chem . Chem . Phys ., 2017 ,
Advance Article . DOI:10.1039/C7CP02781H.

Presentation type：Poster presentation  

In spintronics, carbon-based materials are promising from the viewpoint of the spin transport because their spin-orbit interaction is generally weak. In this study, a pentacene thin film prepared by thermal evaporation is focused as a candidate material for spin transport. Pentacene has good crystallinity, even in thermally-evaporated films, and shows relatively high electrical conductivity without any dopants. Moreover, pentacene shows photo-conductivity, that is, the spin transport can be controlled by light irradiation. Previously, spin transport in pentacene films was studied using a spin-polarized charge current. However, in the electrical spin injection, there is a conductance mismatch problem between the ferromagnetic electrode as a spin injector and pentacene, which causes lowering the spin injection efficiency. In this study, clear evidence for spin transport in pentacene films at room temperature (RT) is shown by using a spin-pump-induced pure spin current. In spin injection by the spin-pump, the conductance mismatch problem is negligible.
Figure 1 shows schematic illustrations of our sample structure and experimental set-up. By using EB deposition or resistance heating deposition, Pd(10 nm in thick)/pentacene (d: 0 ~ 100 nm)/Ni80Fe20(25 nm) tri-layer structure samples were prepared. Spin transport properties in pentacene films are observed as follows: A spin-pump-induced pure spin current, JS, driven by the ferromagnetic resonance (FMR) of the Ni80Fe20 film is generated in the pentacene layer. This JS is absorbed into the Pd layer, converted into a charge current as a result of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in Pd, and detected as an electromotive force (EMF) via the sample resistance. Thus, if the EMF due to the ISHE in Pd is detected under the FMR of Ni80Fe20, it is clear evidence for spin transport in pentacene films. FMR was excited by using a conventional ESR system.
Figures 2 (a) and (b) show a main experimental result. Under the FMR of the Ni80Fe20 film, output voltages from samples were observed, and the voltage sign was inverted at the magnetization reversal of the Ni80Fe20 film. This sign inversion of voltage in Pd associated with the magnetization reversal in Ni80Fe20 is a characteristic of the ISHE. The output voltage increases in proportion to the microwave power of the ESR system, which is also the characteristic of the ISHE. Meanwhile, as shown in Fig. 2 (c) and (d), no output voltages from samples with a Cu layer instead of a Pd layer were clearly observed under the FMR of the Ni80Fe20 film. The above results suggest that the output voltages observed in samples with a Pd layer under the FMR of the Ni80Fe20 film are mainly due to the ISHE in Pd. That is, spin-pump-induced spin transport in evaporated-pentacene films was achieved at RT [1]. Using the d dependence of the EMF due to the ISHE, the spin diffusion length in evaporated pentacene films, , was evaluated to be 42±10 nm at RT [1]. By using the estimated , the spin current relaxation time, , in pentacene films was evaluated to be 150±120 ns at RT [2]. The detail of this study is shown in the meeting.


Refs. [1] Y. Tani, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 107, 242406 (2015). [2] Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 110, 032403 (2017).

Presentation type：Poster presentation  

近年、スピントロニクスでは有機分子材料が注目されている[1-4]。これまでにスピンポンピングのような動力学的手法を用いたペンタセンなどの有機半導体でのスピン輸送が達成されている[1,2]。本研究では6,13bis-TriIsoPropylSilylethynyl-ペンタセン（C44H54Si2、Fig.1）（以下TIPSペンタセンとする。）を扱う。TIPSペンタセンはペンタセンよりも安定度と易動度が高いとされる有機半導体で、より高い結晶性を有する[4]。この様々な性質から、効率的なスピンの輸送の材料として期待ができる。これまでにTIPSペンタセン薄膜に対し、スピン偏極電流を用いたスピン輸送の研究はあるが[4]、コンダクタンスミスマッチの問題[5]を排除できていない。よって、本研究ではコンダクタンスミスマッチ問題を無視できるスピンポンピングを用いてTIPSペンタセン薄膜のスピン輸送の実証と特性評価を目的とした。
Pd (膜厚10 nm) / C44H54Si2 (d nm) / Ni80Fe20 (25 nm) の三層構造を真空蒸着装置により作製した。Pd, Ni80Fe20は電子ビーム蒸着法、TIPS ペンタセンは抵抗加熱法を用いた。基板は表面に酸化被膜の付いたSi基板を使用した。強磁性体であるNi80Fe20層で強磁性共鳴（FMR）を起こし、TIPSペンタセン層でスピンを輸送し、Pd層における逆スピンホール効果（ISHE）[6]により起電力を検出することでスピン輸送特性を評価した。FMRを励起させる方法としては電子スピン共鳴（ESR）装置を使用し、ナノボルトメーターで起電力を検出した。印加するマイクロ波のパワーは0~200mWで測定した。今回の測定は全て室温条件下で行った。
Fig.3 に印加するマイクロ波パワーを200mWにしたTIPSペンタセンの膜厚d = 100 nmの試料のFMRスペクトル(a)とPdで検出された起電力を示す(b)。強磁性共鳴が励起される磁場付近で起電力が検出された。印加する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、対称性が見られた。また、起電力はマイクロ波パワーの大きさを変化させると、それに比例し起電力の大きさも変化した。これはISHEにより発生する起電力の特性と一致している[1,2,6]。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。dを変えて測定を行ったところ、d = 50 nmと100 nmの時の起電力の大きさにあまり変化は見られていない。TIPSペンタセンは結晶性の有機半導体であるため結晶の構造によりスピンの輸送の特性が変化したと考える。
以上をふまえて、学会時には実験方法・結果の詳細について、TIPSペンタセンの結晶性と起電力の関係性とともに議論する。
[1] S.Watanabe, et.al., Nature Phys., 10,308(2014).
[2] Y.Tani, et.al., Appl.Phys.Lett., 107,242406(2015).
[3] V.Dediu, et.al., Splid State Comm., 122(2002) 181-184.
[4] S.Mooser, et.al., Phys.Rev.B, 85,235202(2012).
[5] G.Schmidt, et.al., Phys.Rev.B, 67,R4790(2000).
[6] E.Saitoh, et.al., Appl.Phys.Lett., 88,182509(2006).

Presentation type：Poster presentation  

The purpose of our study is development of a local power generation system by using ferromagnetic resonance (FMR). In spintronics, studies aiming at reducing energy loss and power saving have been widely conducted. On the other hand, our study is focused on the aspect of generating electromotive force (EMF) from the viewpoint of energy creation. The inverse spin-Hall effect (ISHE) is observed even in a ferromagnetic metal (FM) Ni80Fe20 “single-layer” without non-magnetic metal layers under the FMR [1]. However, except for the Ni80Fe20 [1], the EMF property generated in a “single-layer structure” FM film itself under the FMR has not been investigated yet. So, in this study, in order to observe the EMFs in iron (Fe) and cobalt (Co) single-layer films under the FMR condition and clarify the origins of the EMFs in FMs under their FMR, the voltage properties generated in FM an Fe and a Co films under the respective FMR condition were investigated at room temperature.
Fig. 1 shows the sample structure. FM films with the thickness of 25 nm were prepared on Si/SiO2-substrates by using an electron beam deposition system. After film formation, the sample substrates were cut to be the sample area size of 1.5 × 4.0 mm2. Leading wires for measuring the EMFs in the FM films were directly connected to the both edges of the films by using silver paste.
We succeeded to observe the EMFs in the Fe and Co single-layer films under the FMR [2]. The saturation magnetization calculated with FMR condition is 1330 emu/cc for Fe, and 1169 emu/cc for Co, respectively. We used equations (1) and (2) to analyze three following effects; ISHE, anomalous Hall effect (AHE), and planer Hall effect (PHE) [1], As the analyzing results, as origins of the EMF, the self-induced ISHE in Fe and Co single-layer films was dominant, and respectively 2.1 and 18 times larger than the AHE which is one origin of the simultaneously observed EMFs under the FMR as shown in Fig. 2. When we set the calculated ISHE is respectively 7.1 and 73 times larger than the calculated PHE by eq. (2), we could explain experimental data well as shown in Fig. 3. Thus, we concluded that the ISHE was main in EMFs observed in the Fe and Co single-layer films under the FMR.

Presentation type：Poster presentation  

Thin films of pyrene-oxoverdazyl (PyrOV) radical and its precursor were prepared on an interdigitated platinum electrode by vacuum vapor deposition. There thin films showed the bias voltage dependence of the photo-current, which was linear to the applied bias. The wavelength dependence was measured using the band pass filters at CWL 400, 450, 500, 550, 600, 650 and 700 nm, which compare between the absorption spectra and the action spectra, in which the photo-current magnitude divided by the light intensity. The action spectra were corresponding well to the absorption spectra, meaning that the origin of the matter. The much larger photo-current was detected in PyrOV than that in precursor.

Presentation type：Oral presentation (general)  

In spintronics, carbon-based materials are promising from the viewpoint of the spin transport because their spin-orbit interaction is generally weak. In this study, a pentacene thin film prepared by thermal evaporation is focused as a candidate material for spin transport. Pentacene has good crystallinity, even in thermally-evaporated films, and shows relatively high electrical conductivity without any dopants. Moreover, pentacene shows photo-conductivity, that is, the spin transport can be controlled by light irradiation. Previously, spin transport in pentacene films was studied using a spin-polarized charge current. However, in the electrical spin injection, there is a conductance mismatch problem between the ferromagnetic electrode as a spin injector and pentacene, which causes lowering the spin injection efficiency. In this study, clear evidence for spin transport in pentacene films at room temperature (RT) is shown by using a spin-pump-induced pure spin current. In the spin-pump which is a dynamical spin injection method, the conductance mismatch problem is negligible.
By using EB deposition or resistance heating deposition, Pd(10 nm in thick)/pentacene (d: 0 ~ 100 nm)/Ni80Fe20(25 nm) tri-layer structure samples were prepared. Spin transport properties in pentacene films are observed as follows: A spin-pump-induced pure spin current, JS, driven by the ferromagnetic resonance (FMR) of the Ni80Fe20 film is generated in the pentacene layer. This JS is absorbed into the Pd layer, converted into a charge current as a result of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in Pd, and detected as an electromotive force (EMF) via the sample resistance. Thus, if the EMF due to the ISHE in Pd is detected under the FMR of Ni80Fe20, it is clear evidence for spin transport in pentacene films.
Output voltages from samples were observed under the FMR of the Ni80Fe20 film, and the voltage sign was inverted at the magnetization reversal of the Ni80Fe20 film. This sign inversion of voltage in Pd associated with the magnetization reversal in Ni80Fe20 is a characteristic of the ISHE. The output voltage increases in proportion to the microwave power of the ESR system, which is also the characteristic of the ISHE. Meanwhile, no output voltages from samples with a Cu layer instead of a Pd layer were clearly observed under the FMR of the Ni80Fe20 film. The above results suggest that the output voltages observed in samples with a Pd layer under the FMR of the Ni80Fe20 film are mainly due to the ISHE in Pd. That is, spin-pump-induced spin transport in evaporated-pentacene films was achieved at RT [1]. Using the d dependence of the EMF, the spin diffusion length in evaporated pentacene films, , was evaluated to be 42±10 nm at RT [1]. By using the estimated , the spin current relaxation time in pentacene films was evaluated to be 150±120 ns at RT [2].
[1] Y. Tani, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 107, 242406 (2015).
[2] Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 110, 032403 (2017).

Presentation type：Poster presentation  

Carbon-based molecules are promising materials from the viewpoint of the spin transport because their spin-orbit interaction is generally weak. In this study, a pentacene molecular film prepared by thermal evaporation is focused as a candidate material for spin transport. Pentacene has good crystallinity, even in films formed by thermal evaporation, and shows relatively high electrical conductivity without any dopants. Previously, spin transport in pentacene films has been studied using a spin-polarized charge current, as distinct from pure spin current. However, in the electrical spin injection, there is a conductance mismatch problem between the ferromagnetic electrode as a spin injector and pentacene, which causes lowering the spin injection efficiency at the interface. In this study, clear evidence for spin transport in pentacene films at room temperature (RT) is shown by using a pure spin current induced with the spin-pump, which is a dynamical spin injection. In this case, the conductance mismatch problem related to spin injection with the spin-pump is negligible.
Pd/pentacene/Ni80Fe20 tri-layer samples were prepared as follows: On a thermally-oxidized Si substrate, a Pd layer (the thickness of 10 nm) was formed by an EB deposition under a vacuum of <10-6 Pa. Next, under a vacuum of <10-6 Pa, pentacene molecules were thermally evaporated. The pentacene layer thickness, d, was varied in the range from 0 to 100 nm. Finally, a Ni80Fe20 layer (25 nm) was formed by using an EB deposition under a vacuum of <10-6 Pa. To prevent samples during the Ni80Fe20 deposition, the sample substrate temperature was kept at below 270 K. As a control experiment, samples with a Cu layer, instead of the Pd layer, were prepared because the Cu has smaller spin-orbit interaction than the Pd.
Spin transport properties in pentacene films are observed as follows: A spin-pump-induced pure spin current, JS, driven by the ferromagnetic resonance (FMR) of the Ni80Fe20 film is generated in the pentacene layer. This JS is then absorbed into the Pd layer. The absorbed JS is converted into a charge current as a result of the inverse spin-Hall effect (ISHE) in Pd and detected as an electromotive force (EMF). That is, if the EMF due to the ISHE in Pd is detected under the FMR of Ni80Fe20, it is clear evidence for spin transport in pentacene films. A sample is set into a microwave TE011-mode cavity in an ESR system to excite the FMR in Ni80Fe20 and a nano-voltmeter to detect EMFs from the samples was connected.
Output voltages from samples with a Pd layer were observed under the FMR of the Ni80Fe20 film and the output voltage sign was inverted at the magnetization reversal of the Ni80Fe20 film. This sign inversion of voltage in Pd associated with the magnetization reversal in Ni80Fe20 is a characteristic of the ISHE. The output voltage increases in proportion to the microwave power of the ESR system, which is also the characteristic of the ISHE. Meanwhile, no output voltages from the sample with a Cu layer were clearly observed under the FMR of the Ni80Fe20 film. The above results suggest that the output voltages at the FMR field observed in samples with a Pd layer are mainly due to the ISHE in Pd. That is, spin-pump-induced spin transport was achieved in evaporated-pentacene films at RT.[1] By using the d dependence of the output voltages, the spin diffusion length of pentacene films, lamda, was estimated to be 42±10 nm at RT.[1] Using the estimated lamda, the spin current relaxation time in pentacene films was evaluated to be 150±120 ns at RT [2], which is long enough as a candidate material for future spintronics devices. On the meeting, the detail of the above is introduced.

1. Y. Tani, Y. Teki, and E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 107, 242406 (2015).
2. Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, and E. Shikoh, cond-mat:arXiv, 1609.07869 (2016).

Presentation type：Oral presentation (general)  

近年、スピンポンピングを用い、分子材料のスピン輸送特性を評価する研究が注目されている[1-3]。我々は応用展開の観点から、真空蒸着法によって作製された分子薄膜のスピン輸送に注目している。低分子材料の一つ、ペンタセンは、蒸着膜でも高い結晶性を有し、分子材料の中では高い導電性を有する[4]。従来、スピン偏極電流によるペンタセン薄膜中のスピン輸送が試みられたが[5]、外的要因の排除が困難だった。本研究では純スピン流を生成することができ、かつ、異種材料界面でのコンダクタンスミスマッチ[6]が無視できるスピンポンピングを用い、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送特性を室温で評価した。更に、そのスピン輸送の緩和時間を評価した。
真空蒸着法を用いて「Ni80Fe20(膜厚25 nm)/ペンタセン(d:0~100 nm)/ Pd(10 nm)」三層構造試料を作製した。強磁性共鳴FMRを用いたスピンポンピングによりNi80Fe20からペンタセンへ純スピン流JSが生成され、その生成されたJSはPdへと吸収される。Pdに吸収されたJSはPd中で逆スピンホール効果ISHE[7]により起電力に変換されることが期待できるため、PdにおいてISHEによる起電力が観測できればペンタセン蒸着膜中のスピン輸送の証拠になる。FMR励起にはESR装置を、起電力検出にはナノボルトメータを用いた。
dの異なる各試料において、Ni80Fe20のFMR磁場付近で、静磁場に対し反転対称性を示す出力電圧が観測された。また、観測された出力電圧はESRの高周波出力に比例した。対照実験としてPdの代わりにCuを用いたところ、Cu膜を有する試料からは明確な出力電圧が観測されなかった。以上より、Pd膜を有する試料にて観測された出力電圧はPdのISHEによる起電力と結論、即ち、ペンタセン蒸着膜の室温スピン輸送に成功した[8]。また、d依存性より、ペンタセン膜の室温スピン拡散長を42±10 nmと評価した[8]。更にJSの緩和時間を150±120 nsと評価した[9]。学会時には以上の詳細を議論する。


[1] Z. Tang, et.al., Phys. Rev. B 87, 140401(R) (2013)., [2] S. Watanabe, et.al., Nature Phys. 10, 308 (2014)., [3] M. Kimata, et.al., Phys. Rev. B 91, 224422 (2015)., [4] H. Cheng, et.al., Appl. Phys. Lett. 90, 171926 (2007)., [5] T. Ikegami, et.al., Appl. Phys. Lett. 92, 153304 (2008)., [6] G. Schmidt, et.al., Phys. Rev. B 67, R4790 (2000)., [7] E. Saitoh, et.al., Appl. Phys. Lett. 88, 182509 (2006)., [8] Y. Tani, Y. Teki, and E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 107, 242406 (2015)., [9] Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, and E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 110, 032403 (2017).

Presentation type：Oral presentation (general)  

分子材料は一般にスピン軌道相互作用が弱いので、スピントロニクスにおいてスピン輸送材料として有望である。本研究ではペンタセン分子の蒸着膜に着目する。ペンタセン薄膜は蒸着膜でも高い結晶性を有し、不純物をドープすることなく高い導電性を示す。以前に、電気的なスピン注入を用いて、ペンタセン薄膜中のスピン輸送が評価されていた[1]。しかしながら電気的なスピン注入では、スピン注入源の強磁性体とペンタセン薄膜間の伝導度に大きな差があり、その差によって、スピン注入効率の低下を引き起こす。本研究ではスピンポンピングという、材料の伝導度の差の問題を回避してスピン注入が可能な、動力学的スピン注入法を用い、ペンタセン蒸着膜の室温スピン輸送特性とその緩和特性を評価することを目的とした。
図1に試料構造と評価方法の概要を示す。真空蒸着法を用い、熱酸化膜付きSi基板上に、パラジウム(Pd; 膜厚, 10 nm)/ペンタセン(d, 0 ~ 100 nm)/強磁性金属Ni80Fe20(25 nm)という３層構造試料を作製した。この試料基板をESR装置にセットし、Ni80Fe20の強磁性共鳴(FMR)を誘起する。Ni80Fe20をFMR状態にすると、隣接するペンタセン層にスピンポンピングによるスピン流JSが生成され、そのJSはペンタセン層を流れ、Pd層に吸収される。吸収されたJSは、Pdのスピン軌道相互作用を原理とする逆スピンホール効果(ISHE)によって電流へと変換され、Pdの抵抗を介して、起電力Eとして検出できる。即ち、Ni80Fe20のFMR下で、PdのISHEによる起電力が検出できれば、ペンタセン薄膜中のスピン輸送の明確な証拠となる。
図2にdが50 nmの試料の(a) FMR特性および (b)出力電圧特性を示す。ESRのマイクロ波出力Pは200 mWである。強磁性共鳴磁場HFMRにおいて、試料膜に対する外部磁場Hの印加方向 が0 でも180°でも起電力が観測された。そしてその起電力の符号は が0 と180°とで反転、即ち、Ni80Fe20の磁化反転によって、起電力の符号が反転した。これはISHEによる起電力の特徴の一つである。また、その起電力はPの大きさに比例して増加した。更に対照実験として、Pd層の代わりに、スピン軌道相互作用の小さなCu層を導入したところ、明確な起電力は観測されなかった。以上により、Pd層を有する試料において、Ni80Fe20のFMR下で観測された起電力は、主にISHEによるものであり、即ち、スピンポンピングによって生成したスピン流を用いて、ペンタセン蒸着膜の室温スピン輸送を達成した[2]。また、その起電力のd依存性を評価することにより、ペンタセン蒸着膜の室温スピン拡散長を42±10 nmと見積もった[2]。更に、ペンタセン蒸着膜のの値から、スピン流の室温での緩和時間を150±120 ns と見積った[3]。この時間は、例えばスピン流を外場で制御する際に、充分に長い時間であり、スピントロニクスにおいて、ペンタセン蒸着膜が有望であることを示す。学会時には以上の詳細を講演する。
[1] T. Ikegami, et al., Appl. Phys. Lett., 92, 153304 (2008).
[2] Y. Tani, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., 107, 242406 (2015).
[3] Y. Tani, T. Kondo, Y. Teki, and E. Shikoh, Appl. Phys. Lett., accepted for publication. (See also, cond-mat:arXiv, 1609.07869.)

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Poster presentation  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

近年、純スピン流を用いた分子材料のスピン輸送の研究が注目され、これまでにスピンコート法で作製された高分子薄膜等においてスピン輸送が達成されている1, 2)。本研究では応用展開の観点から、一般的な真空蒸着法で成膜可能な低分子量材料のスピン輸送に注目する。ペンタセン分子（分子構造をFig. 1.に示す）の薄膜は蒸着法による膜でも高い結晶性を有し、比較的高い導電性を有する3)。これまでにスピン偏極電流を用いたペンタセン薄膜のスピン輸送が試みられたことがあるが4)、外的要因の排除が困難だった。本研究では純スピン流を生成可能で、且つ、異種材料界面でのコンダクタンスミスマッチ5)が無視できるとされるスピンポンピング（動力学的スピン注入法）を用い、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送特性を室温で評価した6)。
電子ビーム蒸着法および抵抗加熱蒸着法を用いてFig. 1に示す「パラジウムPd(膜厚10 nm)/ペンタセン(d)/ Ni80Fe20(25 nm)」の三層構造試料を作製した。強磁性共鳴FMRを用いたスピンポンピングによりNi80Fe20からペンタセンへ純スピン流JSが生成され、そのJSはPdへと吸収される。吸収されたJSはPd中で逆スピンホール効果ISHE7)により起電力Eに変換される。そのため、Ni80Fe20のFMR下において、PdのISHEによる起電力が観測されればペンタセン薄膜のスピン輸送達成の証拠になる。FMRの励起には電子スピン共鳴装置を、起電力の検出にはナノボルトメータを用いた。評価は全て室温で実施した。
Fig. 2にd = 50 nm試料の(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。高周波の出力は200 mWである。FMR磁場付近において、静磁場Hに対する反転対称性を示す出力電圧特性が観測されている。また、観測された出力電圧は高周波出力に比例した。一方、比較のためにPdの代わりに、スピン軌道相互作用の小さなCuを用いたところ、その試料からは明確な起電力が得られなかった。以上により観測された出力電圧はPdのISHEによる起電力と結論した。すなわち、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送に成功、しかも室温で達成した6)。更に起電力のペンタセン膜厚依存性の評価により、ペンタセン蒸着膜のスピン拡散長を約42 nmと見積もった6)。学会時には以上の詳細と併せて薄膜の結晶性の影響についても議論する。

1) S. Watanabe, et al., Nature Phys. 10, 308 (2014).
2) M. Kimata, et al., Phys. Rev. B 91, 224422 (2015).
3) H. Cheng, et al., Appl. Phys. Lett. 90, 171926 (2007).
4) T. Ikegami, et al., Appl. Phys. Lett. 92, 153304 (2008).
5) G. Schmidt, et al., Phys. Rev. B 67, R4790 (2000).
6) Y. Tani, Y. Teki, E. Shikoh, Appl. Phys. Lett. 107, 242406 (2015).
7) E. Saitoh, et al., Appl. Phys. Lett. 88, 182509 (2006).

Presentation type：Poster presentation  

近年、強磁性金属Ni80Fe20の単層薄膜に対し、その強磁性共鳴(FMR)下において、薄膜自身に起電力が生成されることが発見された[1]。その起電力の起源として、薄膜中の磁気ダンピングの不均一性によってスピン流が生成され、それが逆スピンホール効果(ISHE)によって起電力として検出されるという機構が提唱された[1]。そこで本研究では、様々な強磁性単層薄膜に対し、それぞれのFMR下で生成される起電力特性を評価し、その起源を解明することを目的とした。
　Fig. 1に試料構造と評価方法の概要図を示す。試料サイズは1.5×4.0 mm2、膜厚は25 nmである。強磁性体(FM)としてFe, Co, Ni80Fe20の三種類を用い、Si/SiO2基板上にDCスパッタリングによって成膜した。また、起電力の検出のために、リード線を試料の両端に銀ペーストを用いて直接取り付けた。FMRの励起には電子スピン共鳴装置を用い、起電力はナノボルトメータを用いて測定した。評価はすべて室温で行った。
Fig. 2に各強磁性単層薄膜のFMRスペクトル及び起電力特性を示す(マイクロ波パワーPmW = 200 mW)。各強磁性体の飽和磁化は、FMR特性からFe, Co, およびNi80Fe20それぞれ、1061 emu/cc, 1094 emu/cc, および472.8 emu/ccと見積もった。また、起電力特性の解析により、起電力の共鳴磁場に対する対称成分Vsym及び反対称成分Vasymは、Fe, Co, そしてNi80Fe20それぞれにおいて、43.0 μV及び-73.2 μV, -1.19 μV及び-5.94 μV, そして、14.7 μV及び0.836 μVと算出した。したがって|Vsym/Vasym|はFe, Co, およびNi80Fe20それぞれ、0.588, 0.200, および17.5となり、Fe及びCo薄膜において生成される起電力は反対称成分(異常ホール効果等)が主であり、Ni80Fe20薄膜については対称成分(ISHE等)が主であった。この傾向は強磁性金属中の3d電子と4s電子の合計数に基づくスピンホール伝導度の理論的研究[2]と定性的に一致する。学会時には研究の詳細を議論する。
[1] A. Tsukahara, et al., Phys, Rev. B 89, 235317 (2014)., [2] T. Naito, et al., Phys, Rev. B 81, 195111 (2010).

Presentation type：Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

１．はじめに
講演題目は「基礎から学ぶスピントロニクス材料」となっているが、講演時間中に全てを網羅するのは不可能である。そこで講演では、１）スピントロニクスとは？、そして２）研究紹介、を行うこととし、１）ではスピントロニクスの概要を、２）では講演者らの最近の研究紹介を行う。

２．スピントロニクスとは？ [1-5]
　電子の持つ２つの自由度（電荷とスピン）は少し前まで別々に制御してきた。電荷自由度を積極的に制御（電気伝導を制御）する半導体工学分野では電子デバイスを産み出し、一方で、スピン自由度を積極的に制御（磁石、あるいは磁石に準ずる概念であるスピンの向きを制御）する磁気工学分野では磁気デバイス（またはスピンデバイス）を産み出してきた。スピントロニクス（“スピン”＋“エレクトロニクス”）はそれらの２つを融合（両自由度を積極的に制御）し、学理の解明および新しいデバイス創製を目指している分野である。細かく言えば、スピン自由度も制御した電気伝導（“スピン偏極電流”）や、電荷自由度を伴わずにスピン自由度の伝搬のみ（後述の“純スピン流”）を制御することにより、新しい展開を切り開くことを目指している。

３、最後に
　以上はスピントロニクスを理解する上で、必要不可欠の概念や現象等である。皆様の理解の助けに少しでもなれば幸いである。

参考文献
[1] 宮崎照宣 “スピントロニクス” （日刊工業新聞社）(2004).
[2] 井上順一郎、伊藤博介 “スピントロニクス” （共立出版）(2010).
[3] 宮崎照宣、土浦宏紀 “スピントロニクスの基礎” （森北出版）(2013).
[4] 齊藤英治、村上修一 “スピン流とトポロジカル絶縁体” （共立出版）(2014).
[5] 大谷義近ら “固体物理” Vol.50, No.11 (特集号「スピントロニクスの新展開～スピン変換現象を中心に～」) （アグネ社）(2015).

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Poster presentation  

近年、分子材料を用いたスピントロニクスが注目されている[1-4]。これまでにスピンコート法により作製された高分子薄膜へのスピン注入[1]および、高分子薄膜中のスピン輸送[2]が確認されている。しかしながらデバイス化を目指す場合、スピンコート法では用途が限定される。一方、パターニングのしやすさなどの点で有利な真空蒸着法を用い、これまでに低分子材料ペンタセン(C22H14, 図1)のスピン輸送特性が、電気的スピン注入法を用いて試みられた[3, 4]。ペンタセンは蒸着膜でも高い結晶性を有し、有機分子材料の中では高い導電性を有する材料である[5]。一方、従来[3, 4]は局所磁気抵抗効果法、即ちスピン偏極電流によるスピン輸送が試みられたが、この手法では外的要因の排除が困難だった。そこで本研究では純スピン流を生成することができ、かつ、異種材料界面でのコンダクタンスミスマッチ問題[6]が極めて小さい動力学的スピン注入、即ちスピンポンピングを用い、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送特性を評価した。
図2 に示す「Ni80Fe20(膜厚25 nm)/ペンタセン(d)/パラジウムPd(10 nm)」三層構造の試料を作製した。Ni80Fe20 とPd の成膜には電子ビーム蒸着法を、ペンタセンの成膜には抵抗加熱蒸着法をそれぞれ用いた。強磁性共鳴FMR を用いたスピンポンピングによりNi80Fe20 からペンタセンへ純スピン流
が生成され、その生成されたスピン流はPd へと吸収される。Pd に吸収された純スピン流はPd 中で逆スピンホール効果ISHE[7]により起電力に変換されることが期待されるため、Pd において起電力が観測できれば、ペンタセン蒸着膜中のスピン輸送の証拠になる。FMR の励起には電子スピン共鳴ESR 装置を、起電力の検出にはナノボルトメータを用いた。全ての測定は室温で行った。
図3 にd = 50 nm の試料の、(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。高周波出力は200 mW である。FMR 磁場付近において、外部静磁場に対する反転対称性を示す出力電力特性が観測されている。また、観測された出力電圧は高周波出力に比例した。更に、Pd の代わりにスピン軌道相互作用の小さなCu を用いた試料からは明確な起電力が得られなかった。以上により、観測された出力電圧はPd のISHE による起電力と結論した。即ち、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送に成功した。学会時には以上の詳細について、起電力のペンタセン膜厚依存性の実験等とともに議論する。
[1] K. Ando, et.al., Nature Mat., 12, 622 (2013).
[2] S. Watanabe, et.al., Nature Phys., 10, 308 (2014).
[3] T. Ikegami, et.al., Appl. Phys. Lett., 92, 153304 (2008).
[4] T. Shimada, et.al., Jpn. J. Appl. Phys., 47, 1184 (2008).
[5] H. Cheng, et.al., Appl. Phys. Lett., 90, 171926 (2007).
[6] G. Schmidt, et.al., Phys. Rev. B 67, R4790 (2000).
[7] E. Saitoh, et.al., Appl. Phys. Lett., 88, 182509 (2006).

Presentation type：Poster presentation  

[はじめに] 純スピン流の効率良い生成は新規スピントロニクスデバイス創製のために欠かせないものである。この純スピン流の生成方法としてスピンポンピングがある。強磁性共鳴を用いたスピンポンピングによる純スピン流の生成効率向上は種々のパラメータに依存し、当研究室では強磁性体の質の向上に着目する。この強磁性体の質向上に関して本研究では、スピンポンピングの研究でよく用いられ、成膜の容易なNi80Fe20薄膜を磁場中熱処理することで高品質化し、比較的容易にスピン流生成功率を向上させることに成功した[1]。そこで更なる生成効率向上を目指し、磁場中熱処理時の温度依存性を調査し、スピンポンピングのための磁場中熱処理温度の最適化を目的とした。
[実験方法] 図1に試料構造及び評価方法の概要を示す。まず、熱酸化膜付Si基板上に電子ビーム蒸着法を用いてNi80Fe20/Pd二層膜を形成した。その全てを形成後に磁場中熱処理した。ここで、磁場中熱処理時の最高温度は可変とし、冷却速度は1時間あたり150℃で固定とした。また、熱処理時の磁場強度は30 mT, 真空度は1×10-2 Pa以下とした。この試料で、Ni80Fe20の強磁性共鳴を用いたスピンポンピングによりPd膜に純スピン流を注入し、注入された純スピン流をPdの逆スピンホール効果による起電圧として検出した。この検出された起電力の温度依存性を評価した。
[実験結果] 図2に、非熱処理試料での結果で規格化された、FMRスペクトルから見積もられたスピン流密度(図2a)とPdにおける逆スピンホール効果電圧(図2b)の熱処理温度依存性を示す。この結果、磁場中熱処理時の最高温度が400℃のときに、出力電圧が最大(約1.3倍)を示した。学会時には、更なる詳細について議論する。
[1] Hideki Shimogiku, Naoyuki Hanayama, Yoshio Teki, Hiroaki Tsujimoto, Eiji Shikoh, cond-mat:arXiv.1407.7028.

Presentation type：Oral presentation (general)  

近年、分子材料を用いたスピントロニクスが注目されている[1-4]。これまでにスピンコート法により作製された高分子薄膜へのスピン注入[1]および、高分子薄膜中のスピン輸送[2]が確認されている。しかしながらデバイス化を目指す場合、スピンコート法では用途が限定される。一方、パターニングのしやすさなどの点で有利な真空蒸着法を用い、これまでに低分子材料ペンタセン(C22H14, 図1)のスピン輸送特性が、電気的スピン注入法を用いて試みられた[3, 4]。ペンタセンは蒸着膜でも高い結晶性を有し、有機分子材料の中では高い導電性を有する材料である[5]。一方、従来[3, 4]は局所磁気抵抗効果法、即ちスピン偏極電流によるスピン輸送が試みられたが、この手法では外的要因の排除が困難だった。そこで本研究では純スピン流を生成することができ、かつ、異種材料界面でのコンダクタンスミスマッチ問題[6]が極めて小さい動力学的スピン注入、即ちスピンポンピングを用い、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送特性を評価した。
図2に示す「Ni80Fe20(膜厚25 nm)/ペンタセン(d)/パラジウムPd(10 nm)」三層構造の試料を作製した。Ni80Fe20とPdの成膜には電子ビーム蒸着法を、ペンタセンの成膜には抵抗加熱蒸着法をそれぞれ用いた。強磁性共鳴FMRを用いたスピンポンピングによりNi80Fe20からペンタセンへ純スピン流が生成され、その生成されたスピン流はPdへと吸収される。Pdに吸収された純スピン流はPd中で逆スピンホール効果ISHE[7]により起電力に変換されることが期待されるため、Pdにおいて起電力が観測できれば、ペンタセン蒸着膜中のスピン輸送の証拠になる。FMRの励起には電子スピン共鳴ESR装置を、起電力の検出にはナノボルトメータを用いた。全ての測定は室温で行った。
図3にd = 50 nmの試料の、(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。高周波出力は200 mWである。FMR磁場付近において、外部静磁場に対する反転対称性を示す出力電力特性が観測されている。また、観測された出力電圧は高周波出力に比例した。更に、Pdの代わりにスピン軌道相互作用の小さなCuを用いた試料からは明確な起電力が得られなかった。以上により、観測された出力電圧はPdのISHEによる起電力と結論した。即ち、ペンタセン蒸着膜のスピン輸送に成功した。学会時には以上の詳細について、起電力のペンタセン膜厚依存性の実験等とともに議論する。
[1] K. Ando, et.al., Nature Mat., 12, 622 (2013).
[2] S. Watanabe, et.al., Nature Phys., 10, 308 (2014).
[3] T. Ikegami, et.al., Appl. Phys. Lett., 92, 153304 (2008).
[4] T. Shimada, et.al., Jpn. J. Appl. Phys., 47, 1184 (2008).
[5] H. Cheng, et.al., Appl. Phys. Lett., 90, 171926 (2007).
[6] G.Schmidt, et.al., Phys. Rev. B 67, R4790 (2000).
[7] E.Saitoh, et.al., Appl.Phys. Lett., 88, 182509 (2006).

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Poster presentation  

[はじめに]　純スピン流を効率よく生成することは新規スピントロニクスデバイス創成にとって非常に魅力的である。この純スピン流の生成方法としてスピンポンピングがある。強磁性共鳴を用いたスピンポンピングによる純スピン流の生成効率の向上は種々のパラメータに依存するが、我々は強磁性体の質の向上に着目する。これまでに、Fe-SiやFe-N等を用いることで、スピン流の生成効率が向上することが報告されている[1, 2]。しかしそれらの形成にはエピタキシャル成長技術や反応性スパッタ等の特殊な装置が必要である。本研究では、スピンポンピングの研究でよく用いられ、成膜の容易なNi80Fe20薄膜を磁場中熱処理により高品質化し、スピン流生成効率を向上させることを目的とした。

[実験方法]　図1に試料構造及び評価方法の概要を示す。まず、熱酸化膜付きSi基板上に、電子ビーム蒸着法を用いてNi80Fe20/Pd二層膜を形成した。その全てを形成後に試料を磁場中熱処理した。この試料を電子スピン共鳴装置にセットし、Ni80Fe20の強磁性共鳴を用いたスピンポンピングによりPd膜に純スピン流を注入し、注入された純スピン流をPdの逆スピンホール効果による起電圧として検出した。この検出された起電力の大きさを、磁場中熱処理を施した試料と施さなかった試料とで比較することにより、磁場中熱処理効果を評価した。

[実験結果]　図2にNi80Fe20の強磁性共鳴磁場HFMR付近の出力電圧特性を示す。 = 0°, 180°の両方において磁場中熱処理を行った試料の方が大きな電圧を得ることが出来た。解析の結果、逆スピンホール効果による起電圧は、 = 0°においては、磁場中熱処理無しが約1.94 V、磁場中熱処理有りが約2.60 Vとなり、磁場中熱処理により出力電圧が約1.3倍向上した。また、 = 180°においては約1.4倍向上した。学会時には、以上の詳細に加え、熱処理時の印加磁場方向依存性や、Pdの代わりにPtやCuを用いた実験結果も交えて議論する。

[1] Y. Ando, et al., Phys. Rev. B, 88, 140406(R) (2013).
[2] S. Isogami, et al., Appl. Phys. Exp., 6, 063004 (2013).

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

[はじめに] スピントロニクス分野においてシリコン(Si)は、そのスピンコヒーレンスを生かし、Siスピントランジスタ1)や新方式の論理演算素子2)の創製が期待されている材料である。また、Siのスピントロニクス応用には、従来エレクトロニクスでのインフラがそのまま使用できる利点がある。即ち、基礎研究と産業応用の双方において、Siスピントロニクスの展開が注目されている。近年n型Si (n-Si)に対し、非局所四端子法を用いることにより、室温でのスピン輸送が実証された3)。本研究では、p型のSi (p-Si)に対し、動力学的スピン注入法であるスピンポンピングを用いることにより、世界で初めてスピン輸送を実証、しかも室温で成功した4)。
[実験方法] Fig. 1(a)に試料構造を示す。電子線リソグラフィおよび真空蒸着装置を用い、p-Si基板上に強磁性金属Ni80Fe20(Py)薄膜および、スピン軌道相互作用の大きな非磁性金属であるPdの細線を距離Lだけ離して配置した。この試料に対し、Pyの強磁性共鳴(FMR)を用いたスピンポンピングにより、p-Si基板中に純スピン流を生成させる。p-Si中に生成された純スピン流はp-Si中を流れ、Pd線に吸収される。そしてPd線に吸収された純スピン流は、Pdにおける逆スピンホール効果による起電力として観測される。この起電力を検出することにより、p-Si中のスピン輸送特性を評価した。一方、比較のため、スピン軌道相互作用の小さな金属であるCuの細線も作製し、Pd線と同様に評価した。測定には電子スピン共鳴(ESR)装置およびナノボルトメータを用いた。
[実験結果] Fig. 1(b)にPy薄膜のFMR磁場HFMR付近における各細線の起電力特性を示す。Hは静磁場Hの印加方向である。HFMR付近にて、Pd線からはHに対して反転対称性を示す起電力が観測され、その電圧の大きさはESR装置のマイクロ波の出力に比例した。一方、Cu線からは、起電力は観測されなかった。以上により、Pd線における起電力の起源はPdにおける逆スピンホール効果による起電力と結論した。即ち、p-Si中の室温スピン輸送を世界で初めて達成した4)。この成果により、先に達成済みのn-Siに対する室温スピン輸送と併せ、 p、n両方のSiでの室温スピン輸送が実証されたこととなり、Siスピントロニクスの更なる展開が大いに期待できることを示した。学会時には研究の詳細について、Siのキャリア濃度依存性や測定温度依存性等も交えて講演する。

1) S. Sugahara, M. Tanaka, Appl. Phys. Lett., 84, 2307 (2004).
2) H. Dery, P. Dalal, L. Cywinski, L. J. Sham, Nature, 447, 573 (2007).
3) T. Suzuki, T. Sasaki, T. Oikawa, M. Shiraishi, Y. Suzuki, K. Noguchi, Appl. Phys. Exp., 4, 023003 (2011).　
4) E. Shikoh, K. Ando, K. Kubo, E. Saitoh, T. Shinjo, M. Shiraishi, Phys. Rev. Lett., 110, 127201 (2013).

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

半導体素子の更なる高度集積化において、いわゆるBeyond-CMOS技術の開発が必要である。
講演者らはそれをスピントロニクスの視点で目指している。特にシリコン(Si)でそれを達成することは、従来エレクトロニクス産業との親和性の点から非常に期待されている。
最近、講演者らは動力学的スピン注入法であるスピンポンピングを用いてp型Siにおけるスピン輸送を室温で実証した。これにより先に達成済みのn型Siでの室温スピン輸送と併せて、スピントロニクスを用いた新しいタイプの省エネ論理演算素子等の創製が期待される。また、同手法により、グラフェンや金属アルミニウム中の室温スピン輸送にもそれぞれ成功した。
セミナーではそれらの詳細を講演する。

Presentation type：Public lecture, seminar, tutorial, course, or other speech  

A spin battery concept is applied for the dynamical generation of pure spin current and spin transport in p-type silicon (p-Si). Ferromagnetic resonance and effective s-d coupling in Ni80Fe20 results in spin accumulation at the Ni80Fe20=p-Si interface, inducing spin injection and the generation of spin current in the p-Si. The pure spin current is converted to a charge current by the inverse spin Hall effect of Pd evaporated onto the p-Si. This approach demonstrates the generation and transport of pure spin current in p-Si at room temperature.

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

有機分子材料を用いたスピントロ二クスすなわち、有機スピントロ二クスの研究分野において、分子のスピン自由度を制御することにより、新奇な輸送現象および光学特性の創成が期待されている[1]。このうちスピン輸送特性の制御は応用展開にダイレクトにつながるために、分子材料を用いたデバイスの磁気抵抗効果の研究が多数行なわれている[1]。しかしながら磁気抵抗効果の実験には強磁性電極自身の磁気抵抗効果などの外的要因を含むため、分子材料の本質的特性の抽出が難しい。他方、光学特性には分子のスピン状態が直接反映されるため、スピンに依存する本質的特性を評価しやすい。それゆえ、スピン依存する光学特性評価は、有機スピントロ二クスの詳細な理解と、スピン依存の光学デバイスへの応用展開の両方において、強力なツールである。
有機ＥＬ素子(OLED)からのスピン依存発光の研究すなわち、再結合励起子の生成確率の制御や円偏光発光の研究は、その良い例である[2-7]。OLEDのスピン機能としてスピン注入による円偏光発光の達成は、無機半導体を用いたspin-LED[8]のようなチャレンジである。有機分子の発光色は発光分子の官能基を制御することにより細かくチューニングできるため、OLEDによる可視光でのスピン依存円偏光発光の達成は、3次元表示可能なフレキシブルフルカラーディスプレイデバイス等への応用展開が期待される。
以下にOLEDを用いた講演者らの研究[4-7]の一端を紹介する。陰極MにFeを用いた素子からは外部磁場に線形応答する円偏光特性が観測された。この磁場への線形応答性はFe陰極薄膜の磁化過程を反映すると考察した。また、円偏光度の大きさは、Fe陰極表面での磁気光学効果(外的要因)よりも十分に大きかった。一方、Alを陰極に用いた素子からは円偏光は観測されなかった。以上より、Fe陰極素子において観測された円偏光は、主にFe陰極から発光分子へのスピン注入に起因すると結論した。この一連の研究は有機分子にスピンが入った数少ない成功例の一つである。講演時には以上の実験の詳細だけでなく、他グループから報告されている信頼性の高い有機スピントロ二クス研究も紹介し、分野の現状と今後の展開について議論したい。

[1] M. Shiraishi & T. Ikoma, Physica E, 43, 1295 (2011).
[2] A.H. Davis & K. Bussmann, J. Appl. Phys., 93, 7358 (2003).
[3] E. Arisi, et al., J. Appl. Phys., 93, 7682 (2003).
[4] E. Shikoh, et al., J. Magn. Magn. Mater., 272, 1921 (2004).
[5] E. Shikoh, et al., Jpn. J. Appl. Phys., 45, 6897 (2006).
[6] E. Shikoh, et al., J. Magn. Magn. Mater., 310, 2052 (2007).
[7] E. Shikoh, et al., Synth. Met., 160, 230 (2010).
[8] Y. Ohno, et al., Nature, 402, 790 (1999).

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (keynote)  

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

炭素等の軽元素で構成される有機分子は一般にスピン軌道相互作用が小さいため，スピン情報を保った伝導が期待できる．一方，有機分子は，分子一つでも発光等の機能を発現する．そのため，単一分子へのスピン注入により新機能の創出が可能であり，無機材料とは質的に異なるスピントロニクスデバイス創製への展開が期待できる．しかしながら現状ではデバイス作製技術が未熟なため，無機材料に比べて有機材料を用いたスピントロニクスの研究が遅れている．現在の有機スピントロニクスの課題は，1)強磁性電極から有機分子へのスピン注入方法の確立と，2)分子内および分子間のスピン伝導機構の解明が挙げられる．これらに対するアプローチとして，電界効果トランジスタ(FET)のような平面型構造素子を用いる方法がある[1]．この構造では，基板裏面からゲート電圧を印加することにより有機分子のキャリア密度を制御できるので，強磁性電極と有機分子間のエネルギーバンドミスマッチを解消でき，効率の良いスピン注入が期待できる．また別のアプローチ方法として，強磁性電極間の有機分子膜の厚さを容易に制御できる積層型構造素子を用いる方法がある[2]．この構造では，有機分子膜の厚さをナノメートルオーダーで制御することにより，分子の大きさやスピン拡散長を考慮したスピン伝導機構の解明を行なうことが期待できる．我々はこれまでに積層型素子の一つである有機電界発光素子(有機EL素子)を用い，その強磁性陰極から発光分子層へ注入されたスピン偏極電子と，ホールとの再結合による円偏光特性を解析することにより，発光分子層のスピン拡散長を評価することに成功した[3]．その成果の一端をここに紹介する．
[1] K. Tsukagoshi, B. W. Alphenaar and H. Ago: Nature 401 (1999) 572.
[2] Z. H. Xiong, Di Wu, Z. V. Vardeny and J. Shi: Nature 427 (2004) 821.
[3] E. Shikoh, A. Fujiwara, Y. Ando and T. Miyazaki: Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 6897.

Presentation type：Oral presentation (general)  

炭素等の軽元素で構成される有機分子は一般にスピン軌道相互作用が小さいため，長いスピン拡散長が期待できる．一方，有機分子は，分子一つでも発光等の機能を発現する．そのため，単一分子へのスピン注入により新機能の創出が可能であり，無機材料とは質的に異なるスピントロニクスデバイス創製への展開が期待できる．現在の有機スピントロニクスの課題は，1)強磁性電極から有機分子へのスピン注入方法の確立と，2)分子内および分子間のスピン伝導機構の解明が挙げられる．これらに対するアプローチとして，電界効果トランジスタ(FET)のような平面型構造素子を用いる方法がある[1]．この構造では，基板裏面からゲート電圧を印加することにより有機分子のキャリア密度を制御できるので，強磁性電極と有機分子間のエネルギーバンドミスマッチを解消でき，効率の良いスピン注入が期待できる．また別のアプローチ方法として，強磁性電極間の有機分子膜の厚さを容易に制御できる積層型構造素子を用いる方法がある[2]．この構造では，有機分子膜の厚さをナノメートルオーダーで制御することにより，分子の大きさやスピン拡散長を考慮したスピン伝導機構の解明を行なうことが期待できる．我々はこれまでに積層型素子の一つである有機電界発光素子(有機EL素子)を用い，その強磁性陰極から発光分子層へ注入されたスピン偏極電子と，ホールとの再結合による円偏光特性を解析することにより，発光分子層のスピン拡散長を評価することに成功した[3]．その成果の一端をここに紹介する．
[1] K. Tsukagoshi, B. W. Alphenaar and H. Ago: Nature 401 (1999) 572.
[2] Z. H. Xiong, Di Wu, Z. V. Vardeny and J. Shi: Nature 427 (2004) 821.
[3] E. Shikoh, A. Fujiwara, Y. Ando and T. Miyazaki: Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 6897.

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

Recently, research field of organic molecular spintronics has attracted much attention. One of important issues in this field is to clarify mechanisms of spin injection from ferromagnetic materials into organic molecules. The flatter interface between an organic molecular layer and a ferromagnetic electrode as a spin injector is, the more efficiently spin-polarized carriers are injected. In our study, a planer-type structure that had the flatter interface was adopted. By using electron beam lithography, photolithography and vacuum vapor deposition, Ni80Fe20/tris-(hydroxyquinolinato)-aluminum(Alq3)/Ni80Fe20 junctions were fabricated and the magnetoresistance (MR) effect was investigated. Devices having shorter distance between Ni80Fe20 electrodes showed the MR effect. Origins of the MR were investigated by the devices with nonmagnetic electrodes, by the devices with tunnel barriers at the interface between the Alq3 and the Ni80Fe20, and by the devices with another molecule. As the result, it was suggested that the MR was mainly originated from a local magnetic state on the Ni80Fe20 surface.

Presentation type：Oral presentation (general)  

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

On recent experiments of organic spintronics, stacking-type devices have often been employed [1, 2]. In this study, for more efficient spin injection, planer-type devices which had flatter interface between the electrode and molecular layer were adopted. By using electron beam lithography, photo lithography, electron beam deposition and vacuum vapor deposition, Ni80Fe20/Alq3(tris-(hydroxy-quinolinato)-aluminum)/Ni80Fe20 planer-type devices were fabricated and the magnetoresistance effect was investigated. One ferromagnetic electrode had different aspect ratio from another one, in order to make mutually different coercivity hold. The devices in which the distance between ferromagnetic electrodes d was less than or equal to 50 nm showed magnetoresistance effect. On the other hand, in the case that d was more than 100 nm, the devices didn’t show the effect. Those results suggest that spin diffusion length of Alq3 channel is in the range from 50 to 100 nm and this is consistent with the previous report by stacking-type devices (about 60 nm) [2].

[1] Z. H. Xiong et al., Nature 427, 821 (2004)
[2] E. Shikoh et al., Jpn. J. Appl. Phys. 45, 6897 (2006)

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

はじめに：炭素等の軽元素で構成される有機分子は一般にスピン軌道相互作用が小さいため，スピン情報を保った伝導が期待できる．一方，有機分子は，分子一つでも発光等の機能を発現する．そのため，単一分子へのスピン注入により新機能の創出が可能であり，無機材料とは質的に異なるスピントロニクスデバイス創製への展開が期待できる．しかしながら現状ではデバイス作製技術が未熟なため，無機材料に比べて有機材料を用いたスピントロニクスの研究が遅れている．現在の有機スピントロニクスの課題は，1)強磁性電極から有機分子へのスピン注入方法の確立と，2)分子内および分子間のスピン伝導機構の解明が挙げられる．これらに対するアプローチとして，電界効果トランジスタ(FET)のような平面型構造素子を用いる方法がある[1]．この構造では，基板裏面からゲート電圧を印加することにより有機分子のキャリア密度を制御できるので，強磁性電極と有機分子間のエネルギーバンドミスマッチを解消でき，効率の良いスピン注入が期待できる．また別のアプローチ方法として，強磁性電極間の有機分子膜の厚さを容易に制御できる積層型構造素子を用いる方法がある[2]．この構造では，有機分子膜の厚さをナノメートルオーダーで制御することにより，分子の大きさやスピン拡散長を考慮したスピン伝導機構の解明を行なうことが期待できる．我々はこれまでに積層型素子の一つである有機電界発光素子(有機EL素子)を用い，その強磁性陰極から発光分子層へ注入されたスピン偏極電子と，ホールとの再結合による円偏光特性を解析することにより，発光分子層のスピン拡散長を評価することに成功した[3]．その成果の一端をここに紹介する．
有機EL 素子へのスピン注入：構成「ガラス基板/透明陽極ITO(膜厚40 nm)/ホール輸送層TPD(45 nm)/発光層Alq3(d)/Al 酸化膜(1 nm)/強磁性陰極Fe(20 nm)/陰極保護膜Al(120 nm)」の有機EL 素子からの発光に対し，円偏光度を評価した．今後は，様々な発光分子のスピン拡散長の評価を通して，有機分子のスピン伝導機構を解明する研究展開が期待できる．講演では，ここで紹介した研究の解説に加え，最近の我々の研究成果と有機スピントロニクスの将来展望について述べる．
[1] K. Tsukagoshi, B. W. Alphenaar and H. Ago: Nature 401 (1999) 572.
[2] Z. H. Xiong, Di Wu, Z. V. Vardeny and J. Shi: Nature 427 (2004) 821.
[3] E. Shikoh, A. Fujiwara, Y. Ando and T. Miyazaki: Jpn. J. Appl. Phys. 45 (2006) 6897.

Presentation type：Oral presentation (invited, special)  

炭素等の軽元素で構成される有機分子は一般にスピン軌道相互作用が小さいため，長いスピン拡散長が期待できる。一方，有機分子は，分子一つでも発光等の機能を発現する．そのため，単一分子へのスピン注入により新機能の創出が可能であり，無機材料とは質的に異なるスピントロニクスデバイス創製への展開が期待できる．現在の有機スピントロニクスの課題は，1)強磁性電極から有機分子へのスピン注入方法の確立と，2)分子内および分子間のスピン伝導機構の解明が挙げられる．これらに対するアプローチとして，電界効果トランジスタ(FET)のような平面型構造素子を用いる方法がある[1]．この構造では，基板裏面からゲート電圧を印加することにより有機分子のキャリア密度を制御できるので，強磁性電極と有機分子間のエネルギーバンドミスマッチを解消でき，効率の良いスピン注入が期待できる．また別のアプローチ方法として，強磁性電極間の有機分子膜の厚さを容易に制御できる積層型構造素子を用いる方法がある[2]．この構造では，有機分子膜の厚さをナノメートルオーダーで制御することにより，分子の大きさやスピン拡散長を考慮したスピン伝導機構の解明を行なうことが期待できる．我々はこれまでに積層型素子の一つである有機電界発光素子(有機EL素子)を用い，その強磁性陰極から発光分子層へ注入されたスピン偏極電子と，ホールとの再結合による円偏光特性を解析することにより，発光分子層のスピン拡散長を評価することに成功した[3]．その成果の一端とその物理的原理を紹介する．
[1] K. Tsukagoshi, B. W. Alphenaar and H. Ago: Nature 401 (1999) 572.
[2] Z. H. Xiong, Di Wu, Z. V. Vardeny and J. Shi: Nature 427 (2004) 821.
[3] E. Shikoh, A. Fujiwara, Y. Ando and T. Miyazaki: Jpn. J. Appl. Phys. accepted for publication.