電子デバイスにおけるスマートエネルギーに関する研究

●概要

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　私どもの考える『スマートエネルギーに関する研究』とは、
１）エネルギーの創成
２）エネルギーの貯蔵
３）エネルギーの有効利用

に係る研究を指します。

それぞれの研究例として、
１）では太陽エネルギーの有効利用の研究が挙げられ、そのアウトプットとして、太陽電池が有名です。
２）では燃料電池の研究が挙げられ、電気自動車やハイブリッド自動車のバッテリー等が主なアウトプットです。
３）では電気エネルギー（電力）を効率よく利用するネットワークの構築の研究等があります。

　資源を有効利用するために、エネルギーをスマートに（＝効率良く、賢く）用いることは現代人必須の課題です。当研究室では電子デバイスレベルにおいて、特に、１）エネルギーの創成、および３）エネルギーの有効利用 の視点から、革新的な創エネ、および省エネ技術に係る研究を行っております！

当研究グループではスピントロニクスを用いた革新的創エネおよび省エネを目指しています。特に、強磁性体表面および磁性多層膜界面制御とスピントロニクスデバイス創製に関する研究を遂行中です。

　スピントロニクス分野では、電子の有する２つの自由度（電荷自由度とスピン自由度）の双方を制御し、それを応用することにより、従来エレクトロニクスでは成し得なかったデバイスの創製が期待されています。例えば、スピン自由度だけの流れ（＝純スピン流）を効率的に生成・制御し、電気信号に変換することにより、新しい発電技術になりえます。また、同じく純スピン流を用いることができれば、局所的には正味の電流がほぼゼロとなります。電流の利用を最小限にし、エネルギー消費を抑えることができるため、省エネにつながります。純スピン流が情報の散逸無く伝搬可能な距離は、およそナノメートルからマイクロメートル程度です。この伝搬可能な距離は純スピン流を流す材料に依存します。したがって当研究グループでは主にそのサイズスケールの世界（電子デバイスレベルの世界）で研究を行っております。

『磁性およびスピントロニクスの基礎研究／様々な材料における純スピン流制御（省エネに関する研究）』

　スピントロニクスの基礎である磁性の研究、新規材料中のスピン輸送特性評価など、基礎寄りの研究です。研究例として、

・新材料探索
・環境にやさしい物質中のスピン(情報)輸送特性評価
・純スピン流輸送の環境温度応答特性評価
などを行っています。
　
研究成果例：

・p型Si中の室温スピン輸送に関する研究 　Phys. Rev. Lett. Vol.110, 127201(2013).
・ペンタセン蒸着膜の室温スピン輸送およびスピン緩和に関する研究 　Appl. Phys. Lett., Vol.107, 242406(2015). ,　Appl. Phys. Lett., Vol.110, 032403(2017).

『スピンダイナミクスとエネルギー制御／強磁性共鳴によるエネルギーハーベスティング（創エネに関する研究）』

　スピントロニクスを用いたデバイス創製に必要な基盤技術について研究開発します。基礎と応用の中間に位置する研究です。研究例として、

・純スピン流生成技術の改良
・スピンダイナミクスの線形応答制御
などを行っています。

研究成果例：

・磁場中熱処理を用いたスピン流の増大に関する研究 　arXiv.1407.7028 (2014).

・磁化ダイナミクスを制御した局所発電に関する研究 　arXiv.1610.06695 (2016). ,　AIP Advances, Vol.8, 055910(2018).

『スピントロニクスデバイス創製』
　これまで確立してきた基礎技術のみならず、新しいことを積極的に導入したデバイス創成を目指します。 単に既存デバイスの置き換えだけを目指すのではなく、付加価値を取り入れたデバイス創製を目指しています。研究例として

・純スピン流を用いた論理演算デバイス創製
・レアメタルレス・レアメタルフリーのスピンデバイス創製
などを行っています。

※キーワード：磁気工学、スピントロニクス、磁性物理学、半導体工学、固体物理学、エレクトロニクス、分子薄膜