利用報告書 / User's Reports

  • 印刷する

【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.08】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24NU0203

利用課題名 / Title

非空間反転対称磁性体の作製と新規スピン光機能の探索

利用した実施機関 / Support Institute

名古屋大学 / Nagoya Univ.

機関外・機関内の利用 / External or Internal Use

外部利用/External Use

技術領域 / Technology Area

【横断技術領域 / Cross-Technology Area】（主 / Main）加工・デバイスプロセス/Nanofabrication（副 / Sub）計測・分析/Advanced Characterization

【重要技術領域 / Important Technology Area】（主 / Main）量子・電子制御により革新的な機能を発現するマテリアル/Materials using quantum and electronic control to perform innovative functions（副 / Sub）-

キーワード / Keywords

蒸着・成膜/ Vapor deposition/film formation,スパッタリング/ Sputtering,リソグラフィ/ Lithography,電子線リソグラフィ/ EB lithography,膜加工・エッチング/ Film processing/etching,走査プローブ顕微鏡/ Scanning probe microscope,スピン制御/ Spin control,スピントロニクス/ Spintronics,フォトニクス/ Photonics


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)

松原 正和

所属名 / Affiliation

東北大学大学院理学研究科

共同利用者氏名 / Names of Collaborators in Other Institutes Than Hub and Spoke Institutes
ARIM実施機関支援担当者 / Names of Collaborators in The Hub and Spoke Institutes

本田杏奈,大島大輝,加藤剛志

利用形態 / Support Type

（主 / Main）共同研究/Joint Research（副 / Sub）-


利用した主な設備 / Equipment Used in This Project

NU-206：電子線露光装置
NU-213：8元マグネトロンスパッタ装置
NU-215：ECR-SIMSエッチング装置
NU-204：原子間力顕微鏡


報告書データ / Report

概要（目的・用途・実施内容）/ Abstract (Aim, Use Applications and Contents)

光の波長より十分に小さな構造を持つ人工物質（メタマテリアル）を用い、自然界に存在する物質では実現できない光学応答を生み出すことが可能となっている。現在、メタマテリアルを用いた光－物質機能の制御は非線形光学応答の領域にまで拡大してきており、このような「非線形メタマテリアル」の開発は新規光－物質機能の開拓に向け大きな可能性を秘めている。本研究では、非線形メタマテリアルを用いた新規なスピン光機能を開拓するために、名古屋大学マテリアル先端リサーチインフラの設備を利用して、空間反転対称性の破れを人工的に導入した非反転対称磁性メタマテリアルを作製し、その機能の検証を行った。

実験 / Experimental

マグネトロンスパッタ、電子線露光装置、エッチング装置などを用いて、空間反転対称性の破れを導入した磁性メタマテリアルを作製した。また、走査電子顕微鏡（SEM）や原子間力顕微鏡などを用い、試料の評価を行った。

結果と考察 / Results and Discussion

垂直磁化を持つ強磁性金属として知られているCo/Pt多層膜に、一辺の長さが約500ナノメートルの大きさの正三角形の人工構造を周期的に導入した。作製した試料の原子間力顕微鏡像（Fig. 1）が示すように、非反転対称な3回回転対称構造を有する磁性メタマテリアルをほぼ設計通り作製することに成功した。これらの試料を用い、可視～近赤外光の照射により誘起されるゼロバイアスのスピン偏極光電流の特性を調べているとともに、国際共同研究を展開している。

図・表・数式 / Figures, Tables and Equations


Fig. 1 AFM image of an artificial noncentrosymmetric magnet.


その他・特記事項（参考文献・謝辞等） / Remarks(References and Acknowledgements)

共同研究者：加藤剛志 教授、大島大輝 助教、本田杏奈 特任助教（すべて名古屋大学）


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)
  1. Daiki Sekine, Second harmonic imaging of antiferromagnetic domains and confirmation of absence of ferroaxial twins in MnTiO3, Physical Review Materials, 8, (2024).
    DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.8.064406
口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.
  1. J. Li, M. Turaev, M. Matsubara, K. Kliemt, C. Krellner, S. Pal, M. Fiebig, and J. Kroha, “Discovery of a non-Hermitian phase transition in a bulk condensed-matter system”, Submitted.
  2. N. Jiang, M. Maeda, Y. Yamaguchi, M. Watanabe, M. Tokuda, K. Takaki, S. Masaki, T. Koyanagi, M. Matsubara, K. Kudo, and Y. Niimi, “Zero-field superconducting diode effect induced by magnetic flux in a van der Waals superconductor trigonal PtBi2”, Submitted.
  3. H. Taketani, T. Kobayashi, T. Kato, and M. Matsubara, "Optical control of spin currents by artificial magnetic toroidal dipole in polar ferromagnetic metamaterialsl", CRCGP-MSSP2024（宮城）, 令和6年11月
  4. G. Cavanna, H. Taketani, Da Pan, D. Oshima, A. Honda, T. Kato, and M. Matsubara, "Size dependence of photocurrents in magnetic metamaterials with threefold rotational symmetry", CRCGP-MSSP2024（宮城）, 令和6年11月
  5. 松原正和, "メタマテリアルを用いた光スピン流制御：メタ光スピントロニクス", 日本物理学会2025年春季大会（オンライン）, 令和7年3月20日
  6. 松原正和, "対称性の人工操作による光スピントロニクス機能の創出", 第28回半導体におけるスピン工学の基礎と応用（大阪）, 令和7年2月27日
  7. 松原正和, "磁性メタマテリアルを用いた光スピン流制御：メタ光スピントロニクス", 第85回応用物理学会秋季学術講演会（新潟）, 令和6年9月
  8. 竹谷英久, 小林隆嗣, 加藤剛志, 松原正和, "極性強磁性メタマテリアルにおける磁気トロイダルモーメントを用いた光－スピン流変換", 日本物理学会第79回年次大会（北海道）, 令和6年9月
  9. 竹谷英久, 小林隆嗣, 加藤剛志, 松原正和, "極性強磁性メタマテリアルにおける磁気トロイダルを用いたスピン流の生成", 学術変革領域研究(A)「アシンメトリが彩る量子物質の可視化・設計・創出」令和6年度領域全体会議・公募研究キックオフ会議（広島）, 令和6年5月（最優秀ポスター賞受賞）
  10. Gabriele Cavanna, 竹谷英久, 本田杏奈, 加藤剛志, 松原正和, "Size dependence of photocurrents in magnetic metamaterials with threefold rotational symmetry", 学術変革領域研究(A)「アシンメトリが彩る量子物質の可視化・設計・創出」令和6年度領域全体会議・公募研究キックオフ会議（広島）, 令和6年5月
  11. 松原正和, "アシンメトリ量子の検出・可視化手法の開発と人工アシンメトロニクスへの展開", 学術変革領域研究(A)「アシンメトリが彩る量子物質の可視化・設計・創出」令和6年度領域全体会議・公募研究キックオフ会議（広島）, 令和6年5月
  12. 松原正和, "非線形光学を用いた物性探索とメタ光スピントロニクス", 物性物理オンラインセミナー（オンライン）, 令和6年4月27日
  13. 松原正和, "非線形光学を用いた量子物性探索とメタ光スピントロニクス", 金研研究会2024（宮城）, 令和6年4月20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

印刷する
PAGE TOP
スマートフォン用ページで見る