【公開日：2025.06.10】【最終更新日：2025.05.23】

課題データ / Project Data

課題番号 / Project Issue Number

24MS5013

利用課題名 / Title

対称性と結合した量子伝導デバイスの局所磁気伝導評価

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）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（副 / Sub）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

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-204：走査プローブ顕微鏡

報告書データ / Report

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

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)の実験的な観測に取り組んだ。具体的には、強磁性電極と組み合わせた局所伝導度測定を行い、磁気抵抗測定を通じて、CISS効果の有無を評価した。

実験 / Experimental

具体的な対象物は、電極基板上に形成した自己組織化キラル単分子膜である。AFMを用いた局所伝導測定と、磁性基板を組み合わせ、磁性基板を偏極させた状態で、AFMチップと下部磁性電極との間に流れる電流を詳細に調べた。磁性体の向きの制御は、磁性基板の下に配置した外部制御可能な磁石を用いて行った。また、人工キラル結晶作成に向けて、アキラルな遷移金属ダイカルコゲナイドに、キラルな有機分子を挿入するという新しい実験にも着手した。キラル分子の挿入前後で、結晶の厚みが変化することを利用し、AFMによる厚さ測定から分子の挿入を評価した。

結果と考察 / Results and Discussion

複数の異なるキラル物質において、磁性基板の偏極の向きを反転させることで、流れる電流に有意な変化が見えることが明らかになった。さらに、その変化の符号は、測定した分子のキラリティに強く依存することから、CISS現象を明確に検出できたと考えている。前年度に引き続き、外部制御可能な磁石を用いることで、磁性体基板の磁化方向を測定短針および測定試料を動かすことなく反転させることができるという強みを生かして、CISS効果の定量的な評価を行うことができた。また、遷移金属ダイカルコゲナイドの微小結晶に分子を挿入するという実験についても、AFMを用いることで、効率的に条件を最適化できたと言える。

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)

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: 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.24 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.28 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.2-4 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.16-19 2024)
5. “Chiral molecules and helical electrons” Solvay Workshop on Chirality, Spin and Reactivity, Brussels, Belgium (Nov.13 2024)
6. "Chirality-Induces Spin Selectivity in Various Materials" THAILAND-JAPAN Symposium in Chemistry 2024, Chiang Mai, Thailand (Nov.3 2024)
7. “Chiral Spintronics with Molecular Materials” ISCOM2024, Anchorage, USA (Sep.22-27 2024)
8. “Chiral phonon-mediated circular photo galvanic effect” Electron Spin in Chiral Matter — Sigtuna CISS meeting, Sweden (Jul.2 2024)
9. “Chiral Atoms and Helical Electrons” META2024, Toyama, Japan (Jul.16-19 2024)
10. “Chirality-based spintronic devices with molecular materials” ICSM2024, Dresden, Germany (Jun.23-28 2024)
11. “Novel spintronics devices based on chiral materials” Workshop on physics and electronics of 2D doped materials (Jun.11-13 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.5-8 2024)
13. “Emergent Chiral Spintronics based on Molecular Materials” CEMS Topical Meeting on Emergent Phenomena in Topological Quantum Materials (May,10 2024)
14. “Emergent spin-momentum locking in triplet-mixed Cooper pairs in a chiral organic superconductor” ICSM2024, Dresden, Germany(June.24 2024)

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