【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.07】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24MS5011

利用課題名 / Title

対称性と結合した量子伝導デバイスの作成

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

分子科学研究所 協奏分子システム研究センター 機能分子システム創成研究部門（山本G）

共同利用者氏名 / Names of Collaborators Excluding Supporters in the Hub and Spoke Institutes

Wu Dongfang, 後藤 拓, 山本 浩史

ARIM実施機関支援担当者 / Names of Supporters 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-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がある。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。とくに、機械剥離したμmスケールの薄いフレーク状結晶に、精度よく電極を配置するには、重ね合わせ露光と呼ばれる技術が必要であり、その作業は電子線リソグラフィーを用いて行った。

結果と考察 / Results and Discussion

伝導実験によるCISS効果の検証には、複数の異なる電極材料を用い、各電極の配置を厳密に制御した基板が必要である。今回、Si基板および各種プラスチック基板上で、フォトリソグラフィーと電子線リソグラフィーを組み合わせた高精度なパターニングを実施した。また、今年度からは電子線リソグラフィーを用いた微細加工にも積極的に取り組み、従来対象としていた有機結晶に加え、遷移金属ダイカルコゲナイド系デバイスまで研究範囲を拡大することに成功した。

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)

1. Paul V. Möllers, Probing the Roles of Temperature and Cooperative Effects in Chirality-Induced Spin Selectivity: Photoelectron Spin Polarization in Helical Tetrapyrroles, The Journal of Physical Chemistry Letters, 15, 9620-9629(2024).
   DOI: https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpclett.4c02209
   
2. Syuma Yasuzuka, Interplay between Angular-Dependent Magnetoresistance Oscillation and Charge-Ordered States in the Organic Conductor β′′-(ET)(TCNQ), Journal of the Physical Society of Japan, 93, (2024).
   DOI: https://journals.jps.jp/doi/10.7566/JPSJ.93.094708
   
3. Hiroaki Kusunose, Emergence of chirality from electron spins, physical fields, and material-field composites, Applied Physics Letters, 124, (2024).
   DOI: https://doi.org/10.1063/5.0214919
   
4. A. Inda, Quantification of chirality based on electric toroidal monopole, The Journal of Chemical Physics, 160, (2024).
   DOI: https://doi.org/10.1063/5.0204254
   
5. Yugo Oshima, A Memristive Oscillator, Advanced Physics Research, 3, (2023).
   DOI: https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/apxr.202300117
   

口頭発表、ポスター発表および、その他の論文 / Oral Presentations etc.

1. CISS効果の固定デバイスへの展開」 電気学会 日本磁気学会 共催「光とCISSと磁性錯体」研究会、長岡技術科学大学 東京サテライトキャンパス(Jan. 2025)
2. 「カイラリティと電子状態」 CRESTトポロジー領域　合同セミナー、京都工芸繊維大学(Nov. 2024)
3. 「キラル物質によるスピン偏極制御」 物性研究所短期研究会「新物質開発・システム創成研究の最前線：分子・クラスターがもたらす物性と機能」、東京大学物性研究所 (Oct. 2024)
4. 「カイラルフォノンが媒介する円偏光起電力効果」 日本物理学会第79回年次大会 、北海道大学 (Sep. 2024)
5. “Chiral molecules and helical electrons” Solvay Workshop on Chirality, Spin and Reactivity, Brussels, Belgium (Nov. 2024)
6. "Chirality-Induces Spin Selectivity in Various Materials" THAILAND-JAPAN Symposium in Chemistry 2024, Chiang Mai, Thailand (Nov. 2024)
7. “Chiral Spintronics with Molecular Materials” ISCOM2024, Anchorage, USA (Sep. 2024)
8. “Chiral phonon-mediated circular photo galvanic effect” Electron Spin in Chiral Matter — Sigtuna CISS meeting, Sweden (Jul. 2024)
9. “Chiral Atoms and Helical Electrons” META2024, Toyama, Japan (Jul. 2024)
10. “Chirality-based spintronic devices with molecular materials” ICSM2024, Dresden, Germany (Jun. 2024)
11. “Novel spintronics devices based on chiral materials” Workshop on physics and electronics of 2D doped materials (Jun. 2024)
12. “Chirality-Induced Spin Selectivity and Multipoles” OIST-JST-AIMR Joint International Symposium: Interaction Between Various Chiral Fields and Chiral Materials, Okinawa, Japan (Jun. 2024)
13. “Emergent Chiral Spintronics based on Molecular Materials” CEMS Topical Meeting on Emergent Phenomena in Topological Quantum Materials (May, 2024)
14. “Emergent spin-momentum locking in triplet-mixed Cooper pairs in a chiral organic superconductor” ICSM2024, Dresden, Germany

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