【公開日：2023.07.31】【最終更新日：2023.04.29】
課題データ / Project Data
課題番号 / Project Issue Number
22MS5021
利用課題名 / Title
分子と対称性に基づいた新奇機能性デバイス作成
利用した実施機関 / Support Institute
自然科学研究機構 分子科学研究所 / IMS
機関外・機関内の利用 / External or Internal Use
内部利用（ARIM事業参画者）/Internal Use (by ARIM members)
技術領域 / Technology Area
【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）物質・材料合成プロセス/Molecule & Material Synthesis（副 / Sub）-
【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）マテリアルの高度循環のための技術/Advanced materials recycling technologies（副 / Sub）高度なデバイス機能の発現を可能とするマテリアル/Materials allowing high-level device functions to be performed
キーワード / Keywords
キラル構造体、CISS効果、機能性デバイス
利用者と利用形態 / User and Support Type
利用者名（課題申請者）/ User Name (Project Applicant)
佐藤 拓朗
所属名 / Affiliation
自然科学研究機構分子科学研究所協奏分子システム研究センター
共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
鍋井 庸次,中島 良太,相澤 洋紀,Malatong Ruttapol,Urban Adrian Joe,山本 浩史
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes
利用形態 / Support Type
（主 / Main）機器利用/Equipment Utilization（副 / Sub）-
利用した主な設備 / Equipment Used in This Project
MS-101：マスクレス露光装置
MS-102：3次元光学プロファイラーシステム
MS-103：電子ビーム描画装置
報告書データ / Report
概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)
本課題は、対称性と結合した新奇な伝導現象を検出し、そのミクロな起源を明らかにするとともにデバイスへの展開を目指したものである。特に、近年注目を集めているキラルな対称性に注目し、キラル構造体を電子が通過した際に生じる自発的な巨大スピン偏極現象(CISS効果)の実験的な観測と制御に向けて、キラル結晶・キラル分子をデバイスとして加工することに取り組んだ。CISS効果を高効率に検出するためには基板や電極作成条件といったデバイス作成プロセスの最適化が必須であり、利用申請した装置を用いて条件検討を行い、μmおよびnmスケールの微小デバイスの構築を進めた。
実験 / Experimental
CISS効果の同定には、伝導電流が持つスピンの情報を高感度に検出する必要である。そこで、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーを用いた微細加工を駆使し、対象とする物質に合わせて電極の種類やその配置を最適化した。
結果と考察 / Results and Discussion
今回は、Si基板や各種プラスチック基板の上に、フォトリソグラフィーや電子線リソグラフィーを用いてパターニングを行った。CISS効果を検証するための伝導実験では、異なる複数の材料を、配置を制御しながら複数回パターニングした基板を用意する必要があるため、高度なリソグラフィー技術が要求される。専門スタッフのサポートやアドバイスもあり、所望の構造を高精度に用意することができた。作成した基板を用いて、合成したキラル結晶・キラル分子の伝導度測定へと効率的に移行することができ、研究遂行のスピードが大きく改善したと考えている。測定ではキラルな空間群に属する多様な試料を対象にしたが、特にキラル超伝導体であるk-(BEDT-TTF)2Cu(NCS)2に関しては、低温で超伝導とキラリティーが結合した巨大CISS効果を観測することに成功し、下記論文リスト[1]として発表した。他にも、現在も進行中のテーマが複数ある。
図・表・数式 / Figures, Tables and Equations
その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)
成果発表・成果利用 / Publication and Patents
論文・プロシーディング（DOIのあるもの） / DOI (Publication and Proceedings)
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R. Nakajima, Giant spin polarization and a pair of antiparallel spins in a chiral superconductor, Nature, 613, 479-484(2023).
DOI: 10.1038/s41586-022-05589-x
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
- [1] 相澤 洋紀, 佐藤 拓朗, 米倉 功治, 眞木-米倉 沙織, 濱口 祐, 高場 圭章, 湊 丈俊, 山本 浩史, "PVD法で成長するCo(Ⅱ)フタロシアニン螺旋超分子の磁性基板を用いたキラル分割",第70回応用物理学会春季学術講演会（上智大学四谷キャンパス）,2023年3月17日
特許 / Patents
特許出願件数 / Number of Patent Applications：0件
特許登録件数 / Number of Registered Patents：0件