1.

論文

論文
石井, 史之 ; Ishii, Fumiyuki
出版情報: 平成28(2016)年度 科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型) 研究実績の概要 = 2016 Research Project Summary.  2015-04-01 – 2017-03-31  pp.3p.-,  2018-03-28. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00059953
概要: 金沢大学ナノマテリアル研究所<br />今年度は貴金属fcc(111)表面, fcc金属(111)ビスマス表面合金, ビスマス酸化物(Bi2O3)バルク, Bi2O3/貴金属fcc(111)界面のスピン軌道結合係数を定量的に求め、これまで報 告されている実験結果との比較、実験グループで実施中の測定結果と比較をおこなった。また、運動量空間のスピン構造を計算し、詳細にスピン軌道結合係数を明らかにした。fcc金属(111)Bi表面合金については、Rashba効果が発現する最小モデルであるBiM2(M=Cu, Ag, Au, Ni, Co, Fe)超薄膜についてfcc遷移金属, fcc貴金属について、系統的に調べた。これらの結果から、大きなスピン流ー電流変換が報告されているBi/Ag系のみが特殊であり、Rashba係数の貴金属の層数依存性を調べた結果、Bi/Agのみ層数にほとんど依存せず、ラシュバ状態が強く局在していることが明らかになった。この成果は、第18回結晶成長国際会議(ICCGE-18)にて発表をおこない、論文としてまとめられた(N. Yamaguchi, H. Kotaka, and F. Ishii, J. Cryst. Growth, in press, arXiv:1609.09782)。スピン変換現象の一つである異常ネルンスト効果について、前年に引き続き、Skyrmion結晶系について詳しく調べた。特に、スキルミオン結晶のサイズが大きくなればなるほど、異常ホール効果、異常ネルンスト効果が大きくなることが明らかになり、スキルミオン結晶が高効率な熱電変換材料の候補となりうる可能性を示した。この成果は論文としてまとめられた(Y. P. Mizuta and F. Ishii, Scientific Reports, 6, 28076(2016))。<br />研究課題/領域番号:15H01015, 研究期間(年度):2015-04-01 – 2017-03-31 続きを見る
2.

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石井, 史之 ; Ishii, Fumiyuki
出版情報: 平成26(2014)年度 科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型) 研究実績の概要 = 2014 Research Project Summary.  2013-04-01 – 2015-03-31  pp.3p.-,  2019-07-29. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00060053
概要: 金沢大学理工研究域数物科学系<br />ペロブスカイト型遷移金属酸化物LaAlO3/SrTiO3のヘテロ界面の電子状態を詳しく調べた。ヘテロ界面をモデル化するため、人工超格子(LaAlO3)n/(SrTiO3)nによる計算と有効遮蔽体法によ る計算の二つの方法で密度汎関数法に基づき、スピン軌道相互作用を考慮した第一原理電子状態計算をおこなった。界面状態のスピン軌道分裂から見積もった、ラシュバ係数は両手法で大きく変わらず、実験結果とも同じオーダーであることが明らかになった。また、人工超格子系については、内部電場を見積り、ラシュバ係数の層数依存性について調べ、内部電場とラシュバ係数の相関を明らかにした。人工超格子の研究成果については、Molecular Simulation, published online DOI:10.1080/08927022.2014.987986として、論文発表をおこなった。界面近傍の歪みについて詳しく解析した結果については、投稿準備中である。遷移金属酸化物人工超格子によるトポロジカル界面状態の理論設計のため、トポロジカル不変量で分類される、トポロジカル絶縁体(バルク)の探索をおこなった。他方、典型的なトポロジカル絶縁体Bi2Te3, Bi2Se3の表面状態のスピン構造の解析、また、Z2不変量の計算によるBi2Te3, Bi2Se3内部パラメータの変化によるトポロジカル相転移を明らかにした。これらの研究成果は、Molecular Simulation, published online DOI:10.1080/08927022.2014.964476, ならびにJPS Conf. Proc. 5, 011022 (2015)に論文発表をおこなった。<br />研究課題/領域番号:25104714, 研究期間(年度):2013-04-01 – 2015-03-31 続きを見る
3.

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石井, 史之 ; Ishii, Fumiyuki
出版情報: 平成28(2016)年度 科学研究費補助金 若手研究(B) 研究成果報告書 = 2016 Fiscal Year Final Research Report.  2013-04-01 - 2017-03-31  pp.4p.-,  2017-05-31. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00052011
概要: 金沢大学ナノマテリアル研究所<br />物質の端もしくは異なる物質の接合面(界面)では、通常の物質と異なる性質を示す。特に、電子のスピンを活用した、エレクトロニクスであるスピントロニクスの応用に繋がる、特徴的な電子の状態が出現する。本研究で は、地球上に豊富に存在する酸素の化合物である、酸化物の表面や界面、新しい炭素材料であるグラフェンとの接合面などについて、その電子状態について詳しく調べた。その結果、酸化物誘電体とその界面においては電気分極を指標とする内部電場で生ずる強い有効磁場が生ずることが明らかになった。この性質はスピンエレクトロニクスのみならず、熱エネルギーを電気エネルギーに変換する熱電効果への応用が期待される。<br />At the surface of the materials and at the interface of different materials, they show properties different from ordinary bulk materials, the electronic state which can be used for spintronics applications. In this study, we have investigated the electronic state at the surface and interface of oxides material which abundantly present on Earth and the interface of graphene and oxide. As a result, we found that an effective magnetic field is generated by the internal electric field characterized by electric polarization at the interface between oxide and other substances. This property is expected to be applied not only for spin electronics but also for thermoelectric effect that converts thermal energy into electric energy.<br />研究課題/領域番号:25790007, 研究期間(年度):2001-2006 続きを見る
4.

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石井, 史之 ; Ishii, Fumiyuki
出版情報: 平成20(2008)年度 科学研究費補助金 若手研究(B) 研究成果報告書 = 2008 Fiscal Year Final Research Report.  2007-2008  pp.4p.-,  2010-03-19.  金沢大学ナノマテリアル研究所
URL: http://hdl.handle.net/2297/00052012
概要: 酸化物マルチフェロイクスにおいて電気分極発現機構について解明をおこなった。交換歪みによる機構は以前から知られていたが、本研究ではより一般的なスピン軌道相互作用に起因した電気分極発現メカニズムについて、第一原理計算から明らかにした。<br / >研究課題/領域番号:19740182, 研究期間(年度):2001-2007<br />出典:「第一原理計算によるマルチフェロイクスの電気分極発現メカニズム解明」研究成果報告書 課題番号19740182(KAKEN:科学研究費助成事業データベース(国立情報学研究所))(https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-19740182/19740182seika/)を加工して作成 続きを見る
5.

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斎藤, 峯雄 ; Saito, Mineo
出版情報: 平成28(2016)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2016 Fiscal Year Final Research Report.  2013-04-01 - 2017-03-31  pp.5p.-,  2017-06-12. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00052251
概要: 金沢大学理工研究域数物科学系<br />基板がグラフェンに有益な物性を発現させるかについて研究を行った。とくに、Ni基板上の多層グラフェンを研究した結果、基板直上のグラフェンが基板の影響を強く受け、グラフェン単独では極めて小さいスピン軌道相 互作用が無視できなくなることを見いだした。さらに、ラシュバ効果の発現等が期待できることを明らかにした。この知見は、今後グラフェンのスピントロニクス応用を考える上で重要である。<br />We studied how useful physical properties of graphene are induced by substrates. In particular, we find that the spin-orbit interaction which is very small in the free standing graphene is enhanced in the graphene layer which is the nearest to the Ni substrate. As a result, the Rashba effect becomes large. This finding is useful for the spintronics application of graphene.<br />研究課題/領域番号:25390008, 研究期間(年度):2013-04-01 - 2017-03-31 続きを見る
6.

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斎藤, 峯雄 ; Saito, Mineo
出版情報: 平成23(2011)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2011 Fiscal Year Final Research Report.  2009-2011  pp.5p.-,  2012-05-14.  金沢大学理工研究域数物科学系
URL: http://hdl.handle.net/2297/00052252
概要: スピン軌道相互作用を考慮した第一原理計算をBi膜上のBiナノリボンに対して行った。エッジに由来する電子状態を発見し、特異な伝導特性を持つことを予言した。また、基板上の1バイレーヤーのBi(001)膜について、Γ、K点周りで渦を持つなど特異な Rashba効果を見出した。<br />We carry out fully-relativistic first-principles calculations of Bi nanoribbons on Bi films. As a result, we find the electronic bands originating from the edge and predict novel transport properties of this system. We also study the Rashba effect on the 1-bilayer Bi film on some substrates and find vortexes around theΓand K points.<br />研究課題/領域番号:21560030, 研究期間(年度):2009-2011 続きを見る
7.

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小田, 竜樹 ; Oda, Tatsuki
出版情報: 平成22(2010)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2010 Fiscal Year Final Research Report.  2008-2010  pp.5p.-,  2011-05-20.  金沢大学理工研究域数物科学系
URL: http://hdl.handle.net/2297/00052774
概要: スピン軌道相互作用などほとんど全ての相対論効果を含む電子に対する擬ポテンシャルの開発を推進し、これらを既存の第一原理分子動力学法へ組み込む開発研究を行い、さらに開発された計算コードを用いて、スピントロニクス等で重要となる磁気異方性の電界効果 や半導体のラシュバ効果といった新しい研究分野において計算科学的理論的研究を推進した。その結果、開発した計算コードがこれらの分野において重要な研究手段を提供することを実証した。<br />We have developed the pseudopotentials which includes almost all the relativistic effects and installed them to the first-principles molecular dynamics method. Moreover, we have applied the computational code to investigate electric field effects on magnetic anisotropy and Rashba's effects on the surfaces of semiconductors, which will play important roles in spin electronics applications. As the result, it was verified that the computational code developed has been found to provide a responsible tool for research in the new science field. 続きを見る
8.

論文

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小田, 竜樹 ; Oda, Tatsuki
出版情報: 令和2(2020)年度 科学研究費補助金 基盤研究(C) 研究成果報告書 = 2020 Fiscal Year Final Research Report.  2018-04-01 – 2021-03-31  pp.11p.-,  2021-06-08. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00058346
概要: 金沢大学理工研究域数物科学系<br />スピン分極密度汎関数理論(SP-DFT)の枠組みで磁気双極子相互作用(MDI)エネルギーを、スピン密度ともに自己無撞着に決定する計算手法開発に成功した。自己無撞着計算に成功したことにより、外部磁場を顕 わに印加した系の磁性解析を可能にした。応用では、スピントロニクス材料であるFe/MgO界面を有する強磁性ナノ薄膜やCo/Ni基強磁性ナノ多層膜において、実験結果を定性的および定量的に説明する結果を得た。これにより、これまで我々が開発した計算手法が、薄膜磁性を非経験的計算より明らかにする有用な手法であることを示した。<br />In the project, we successfully developed and implemented the computational method that the magnetic dipole interaction energy is self-consistently determined with the spin density of system in the framework of spin-polarized density functional theory. This success of self-consistent calculation allowed us to analyze magnetic properties of materials under explicit external magnetic field. On the applications, in the spintronics application materials of ferromagnetic nanofilm with the Fe/MgO interface and Co/Ni-based ferromagnetic nano multilayer film, our computational results revealed that the experimental results in the recent literature can be well explained qualitatively and quantitatively. This demonstrated that the computational method we have developed is so good enough that it can clarify magnetic properties of film in non-empirical way.<br />研究課題/領域番号:18K04923, 研究期間(年度):2018-04-01 – 2021-03-31<br />出典:「スピン密度磁気双極子相互作用を考慮した密度汎関数法の開発と応用」研究成果報告書 課題番号18K04923(KAKEN:科学研究費助成事業データベース(国立情報学研究所)) (https://kaken.nii.ac.jp/report/KAKENHI-PROJECT-18K04923/18K04923seika/)を加工して作成 続きを見る
9.

論文

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石井, 史之 ; Ishii, Fumiyuki
出版情報: 平成30(2018)年度 科学研究費補助金 新学術領域研究(研究領域提案型) 研究実績の概要 = 2018 Research Project Summary.  2017-04-01 – 2019-03-31  pp.2p.-,  2019-12-27. 
URL: http://hdl.handle.net/2297/00059835
概要: 金沢大学ナノマテリアル研究所<br />スピン流ー電流変換現象に焦点をあて、強誘電体界面・表面の研究を推進した。運動量空間の有効磁場である、ラシュバ係数を具体的物質について非経験的に求めることは新しい高効率なスピン流ー電流変換物質をデザイン する上で大変重要である。今年度は計算物質デザインとして、基板歪みによってSrTiO3表面に大きなスピン軌道分裂が生じる可能性があることを明らかにした。この成果はN. Yamaguchi and F. Ishii, First-principles Study of Rashba Spin Splitting at Strained SrTiO3 (001) Surfaces, e-J. Surf. Sci. Nanotechnol. 16, 360-363 (2018) として論文にまとめられた。以前から継続して研究を実施してきたBi2O3/Cu(111)界面のラシュバ効果について、実験グループが測定した光誘起のスピン流ー電流変換について非占有状態のRashba分裂を計算することで、理論的なサポートをおこなった。これらの研究成果はJ. Puebla, F. Auvray, N.Yamaguchi, M. Xu, S. Z. Bisri, Y. Iwasa, F. Ishii, Y. Otani, "Photoinduced Rashba spin to charge conversion via interfacial unoccupied state" arXiv:1902.00237として論文にまとめられた(投稿中)。他の公募班との共同研究として、スピネル型構造Ir2O4薄膜について基板制御を想定した系統的な電子状態計算をおこなった。その結果、スピンのN極とS極が分化した単極子が粒子のように振る舞う「U(1)量子スピン液体」状態が,従来よりも高温で出現しうることを理論的に見出した。この成果は S. Onoda and F. Ishii, “First-principles design of the spinel iridate Ir2O4 for high-temperature quantum spin ice”, Physical Review Letters. 122, 067201-106, (2019)として論文にまとめられ、プレスリリースをおこなった。<br />研究課題/領域番号:17H05180, 研究期間(年度):2017-04-01 – 2019-03-31<br />出典:研究課題「第一原理手法によるナノスピン変換物質デザイン」課題番号17H05180(KAKEN:科学研究費助成事業データベース(国立情報学研究所)) (https://kaken.nii.ac.jp/ja/grant/KAKENHI-PUBLICLY-17H05180/)を加工して作成 続きを見る