スピントロニクス研究開発センター
センター概要
「スピントロニクス研究開発センター」は、慶大が日本のスピントロニクス研究の中心的役割を果たすことを目的として、基礎から応用の幅広い領域で世界をリードする研究成果を発信する。スピントロニクスとは、物質の電気特性と磁気特性の双方を制御することにより得られる新しい物理現象を見出し、その成果を電子・情報通信産業のイノベーションに結びつける新しい学術分野である。その創成と発展には、本塾の研究者と出身者が大きく寄与しており、今後の基礎学問としての更なる発展と産業界における応用を先導するためにスピントロニクス研究開発センターを設置した。
2023年度事業計画
■前年度より継続する活動内容について、継続する背景・根拠と目標上記のように2022年度は、本センターの活動を通じて慶大のスピントロニクス研究成果の発信に加え、一部成果の国際的な共同研究へ発展を実現できるなど、当初目的通りの成果を上げることができた。このような成果を継続的に上げるため、2023年度も引き続き下記の活動を行う。
- シンポジウム／研究会の共催・協賛
- 広報・アウトリーチ活動
- 国際会議派遣補助
- 慶大理工学部の研究共有スペースを利用したセンターの研究スペース拡充
- 最先端スピントロニクスデバイス研究に必要な共用設備料金の補助
本センターは、塾内のスピントロニクス研究者の拠点であると同時に、国内外のスピントロニクス研究者間の連携を推進するスピントロニクス連携ネットワークの中心としての任務を遂行する。そのため、日本のスピントロニクス分野の研究者コミュニティの代表として、東京大学、東北大学、大阪大学、京都大学、慶應義塾大学の拠点５大学が「スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク（Spintronics Research Network of Japan, Spin-RNJ）」拠点形成計画を「学術研究の大型プロジェクト－ロードマップ2020」として応募し、最高評価ランクでこれに採択され、2022年度から６年間の予算措置が内定している。このSpin-RNJ活動を通じ、慶大のスピントロニクス研究において大型予算の獲得を狙うだけでなく、拠点大学間の人材交流を通じた学術領域の発展と国際競争力の向上を目指す。また、これらの予算を活用してセンターオフィスと共通研究スペースを開設し、センター所員の有機的な連携を実現することにより、スピントロニクス研究において新機軸を生み出す。
2022年度事業報告
■当該年度事業計画に対する実施内容、および研究成果と達成度本年度は、電子スピンを利用した全く新しいデバイス応用に結び付ける研究を実施し、次のような成果を得た。
- ビスマスと磁性体の接合系における異方的なスピン注入
本研究では、ビスマスと強磁性絶縁体の二層薄膜系を考え、スピンポンピングによる強磁性共鳴の緩和変調についてスピントンネルハミルトニアンの方法を用いた微視的な解析を行った。結果として、ビスマスのバンド構造に依存して緩和変調に異方性が現れることを見出した。これは強磁性共鳴が電子系の異方的なバンド構造へのプローブとして応用されうることを示唆する。本成果はPhysical Review B誌に掲載された。 - s波超伝導体における表面弾性波を用いたスピン流生成
超伝導体は長距離スピン輸送などスピントロニクスへの応用が期待されてきたものの、電場や磁場の利用が困難であるため、スピン流生成には強磁性体との接合が不可欠であった。本研究は表面弾性波の持つ角運動量を用いることで、磁性体を接合させることなく超伝導体単膜においてスピン流が生成されることを理論的に示した。これは超伝導スピントロニクスの発展に寄与し得る。本成果はPhysical Review B誌に掲載された。
(1)、(2)の成果とも、中国科学院大学カブリ理論科学研究所との国際共同研究の成果である。さらには、成果は本センターの特任助教が主導したものである。このように、本センターを介した密接な研究交流によるものであり、当初の目的を達成している。
■公刊論文数（件数と主たる公刊誌名）、学会発表件数（国内・国際）、イベントなど社会貢献の実績（年月日、場所）
(1) 公刊論文数：5報
- Enhancement of room-temperature unidirectional spin Hall magnetoresistance by using a ferromagnetic metal with a low Curie temperatureK. Yamanoi, H. Semizu, and Y. Nozaki Phys. Rev. B, 106, L140401 (5 pages) (2022).
- Temporal-offset dual-comb vibrometer with picometer axial precisionA. Iwasaki, D. Nishikawa, M. Okano, S. Tateno, K. Yamanoi, Y. Nozaki, and S. Watanabe APL Photonics, 7, 106101 (8 pages) (2022).
- Spin Elastodynamic Motive ForceT. Funato and M. Matsuo Phys. Rev. Lett., 128, 077201 (5 pages) (2022).
- Spin pumping into anisotropic Dirac electronsT. Funato, T. Kato, and M. Matsuo Phys. Rev. B, 106, 144418 (10 pages) (2022).
- Acoustic spin transport by superconducting quasiparticlesT. Funato, A. Yamakage, and M. Matsuo Phys. Rev. B, 106, 214420 (7 pages) (2022).
(2) 学会発表件数：（国内）15件（うち4件は招待講演）、（国際）7件
・国内会議発表
非一様系の局所角運動量に由来する磁気回転効果を用いたスピントロニクス能崎幸雄 2022年 第83回応用物理学会秋季学術講演会, 21p-A307-7, 東北大, Sep. 20-23, 2022.
ほか14件
・国際会議発表
Theory of Spin Elastodynamic Motive ForceT. Funato, M. Matsuo, 24th International Colloquium on Magnetic Films and Surfaces (ICMFS-2022), Okinawa, Japan, Jul. 10-15, 2022.
ほか6件
(3) イベントなど社会貢献の実績：
「スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク（Spin-RNJ）」シンポジウム Spin-RNJ 報告会（東大・東北大・阪大・京大・慶大による共同開催）
・2022年3月10日、オンラインの開催
・2023年3月20日-21日、オンサイトの開催
など
■センター活動を通じて特に成果を挙げた事柄
社会実装可能な研究成果として、音波の磁気回転効果に関する研究の副産物である人工ナノ合金とナノスケール傾斜材料による巨大スピン流生成と、固体中の音波によるスピン起電力の発現がある。スピン流を用いた磁気メモリ動作の飛躍的な省電力化と、スピン流生成材料の新たな開発基軸を与える研究成果として位置づけられる。また、電流印加が必須の交流磁場ではなく、電圧制御が可能な音波によるスピン起電力生成は、実デバイス化において消費電力を大きく抑制できるため、今後様々な応用展開が見込める。なお本件は、慶大知財部門からの特許申請につながっており、社会実装に向けた着実な成果といえる。
SDGs
12. つくる責任 つかう責任設置期間
2021/03/01～2024/03/31メンバー
◎印は研究代表者
| 氏名 | 所属研究機関 | 職位 | 研究分野・関心領域 |
|---|---|---|---|
| ◎ 能崎 幸雄 | 理工学部 | 教授 | 磁性物理学、スピンダイナミクス、ナノ物性 |
| 江藤 幹雄 | 理工学部 | 教授 | 物性物理学、半導体、メゾスコピック系、量子ドット、ナノテクノロジー |
| 斎木 敏治 | 理工学部 | 教授 | ナノフォトニクス、半導体量子構造、相変化材料工学、ナノバイオセンシング |
| 白濱 圭也 | 理工学部 | 教授 | 物性 II |
| 松本 佳宣 | 理工学部 | 教授 | センサ、IoT、センサネットワーク、マイコン・電子回路、機械学習 |
| 的場 正憲 | 理工学部 | 教授 | 強相関電子物理、固体物性、物質設計、探索的材料物性 |
| 神原 陽一 | 理工学部 | 教授 | 超伝導、相転移、磁性、電子構造、新物質 |
| 田邉 孝純 | 理工学部 | 教授 | フォトニックナノ構造、微小光共振器、省電力光デバイス、超高速光技術、光集積回路 |
| 早瀬 潤子 | 理工学部 | 教授 | ナノ構造化学、ナノマイクロシステム、光工学・光量子科学、物性Ⅰ、原子・分子・量子エレクトロニクス |
| 牧 英之 | 理工学部 | 教授 | ナノ物質、ナノデバイス、材料物性 |
| 山本 直樹 | 理工学部 | 教授 | 量子計算、量子情報、数理工学 |
| 渡邉 紳一 | 理工学部 | 教授 | 光物性物理学、テラヘルツ分光、超高速分光 |
| 安藤 和也 | 理工学部 | 准教授 | スピントロニクス、スピン量子物性 |
| 太田 泰友 | 理工学部 | 准教授 | ナノフォトニクス、量子情報処理、トポロジカルフォトニクス、ハイブリッド集積、量子エレクトロニクス |
| 栄長 泰明 | 理工学部 | 教授 | 光機能性材料、ナノ粒子・薄膜、ダイヤモンド電極 |
| 海住 英生 | 理工学部 | 教授 | 磁気エレクトロニクス、ナノ科学 |
| 船戸 匠 (-2023/12/31) | KGRI | 特任助教 | 物性理論、輸送現象、スピントロニクス |
