2021年 | プレスリリース?研究成果
结晶のキラリティ制御で向きが反転する光电流を発见 光スピントロニクスへの応用に期待
【本学研究者情报】
〇本学代表者所属?职?氏名：金属材料研究所?准教授?谷口 耕治
金属材料研究所?教授?宫坂 等
【発表のポイント】
- 磁石の性质をもたない有机と无机ナノシートの积层构造から、光を用いたスピントロニクス*1に向けた半导体材料を作ることに成功。
- 镜像が自身と重なり合わないキラリティ*2をもつ有机分子と、スピン*3への强い効果をもつ重元素（原子番号の大きい元素）を含んだ无机化合物のハイブリッド化で达成。
- 光を当てると（原理的にはスピン方向が揃っている）电流が流れ始め、その方向が结晶の右?左のキラリティで决まることを発见。
【概要】
キラルな结晶构造を持ち、重元素から构成される物质は、非磁性であっても电子の磁石としての性质であるスピンによる磁気的性质が引き起こされうることから、以前より関心を集めていました。しかし、重元素から成る物质の大半が属する无机物では、自由にキラリティを选択して物质を合成することは非常に难しく、新しい物质の开発が期待されていました。
东北大学金属材料研究所の谷口耕治准教授、宫坂等教授らは、东京工业大学フロンティア材料研究所の笹川崇男准教授らとの共同研究により、二次元有机?无机ハイブリッドペロブスカイト*4において、キラリティの制御が可能な重元素から成る新しい半导体の材料设计に成功し、结晶构造のキラリティを反映した光电流*5が発生することを発见しました。
本研究では、重元素から成る无机骨格にキラルな有机分子カチオンを挿入する材料设计により、强いスピン?轨道相互作用*6を持ちつつ、キラリティを制御可能な半导体を実现しました。今回开発した半导体では、光を照射すると、结晶の右?左のキラリティで流れる向きが変わる电流が発生することを初めて见出しました。この电流は、スピン?轨道相互作用によりスピンの向きが揃っていることが予想されています。
今後、光照射で磁化反転を制御出来るメモリデバイスのように、光を利用したスピントロニクスへの応用が期待されます。
本研究成果は、材料科学誌「Advanced Materials」（２０２１年３月２３日）に掲載されました。
【用语解説】
＊1 スピントロニクス： 電子の電荷とスピン（電子の磁石としての性質）の両方を利用した機能開拓を行う研究分野のこと。
＊2 キラリティ： 図形や物体の、その鏡像と重ね合わすことが出来ない性質のこと。右手と左手の関係のこと。
＊3 スピン： 電子の磁石としての性質のこと。
＊4 二次元有機?無機ハイブリッドペロブスカイト： 有機物と無機物から成る層状ペロブスカイト型構造をとる半導体のこと。結晶構造は、二価金属を中心としてハロゲン原子（周期表の17 族元素の総称。フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、アスタチンが相当。）が構成する八面体骨格が頂点共有して二次元的に広がった無機層で特徴付けられ、無機層の層数が異なる様々な類縁体が知られている。二次元有機?無機ハイブリッドペロブスカイト型構造では、無機層と有機アンモニウム分子カチオンからなる有機層が交互に積層した結晶構造となっている。
＊5 光電流： 物質に光を照射した際に流れる電流のこと。
＊6 スピン?軌道相互作用： 電子のスピン角運動量と、電子の軌道角運動量とが、互いの向きを固定しようとする相互作用のこと。原子番号の大きな元素で強い相互作用となる。
问い合わせ先
◆研究内容に関して
東北大学金属材料研究所 錯体物性化学研究部門
准教授 谷口 耕治
罢贰尝：022-215-2032
贰尘补颈濒：迟补苍颈驳耻肠丑颈*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
東北大学金属材料研究所 錯体物性化学研究部門
教授 宫坂 等
罢贰尝：022-215-2030
贰尘补颈濒：尘颈测补蝉补办补*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）
◆报道に関して
东北大学金属材料研究所 情报企画室広报班
罢贰尝：022-215-2144
贵础齿：022-215-2482
贰尘补颈濒：辫谤辞-补诲尘*颈尘谤.迟辞丑辞办耻.补肠.箩辫（*を蔼に置き换えてください）