２次元金属に「フェロバレー強磁性」を誘起することに成功 ～第３のエレクトロニクスである「バレートロニクス」への応用展開が期待～（JST）

＜ポイント＞

• 原子層数層からなる２次元金属と２次元強磁性体を重ねた磁性ファンデルワールスヘテロ構造を作製することに成功しました。
• 実験と理論の比較から、このヘテロ構造の界面では２次元金属が「フェロバレー強磁性」という新しい状態を形成していることを明らかにしました。
• 第３のエレクトロニクスである「バレートロニクス」への応用展開が期待されると共に、極低温では超伝導とフェロバレー強磁性が結合した新奇量子相の発現が期待されます。

　東京大学 大学院工学系研究科 物理工学専攻の松岡 秀樹 大学院生（研究当時、現在：理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム 基礎科学特別研究員）、同研究科 附属量子相エレクトロニクス研究センター・物理工学専攻の岩佐 義宏 教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発デバイス研究チーム チームリーダー 兼任）、中野 匡規 特任准教授（理化学研究所 創発物性科学研究センター 創発機能界面研究ユニット ユニットリーダー 兼任）の研究グループは、北海道大学 大学院工学院・大学院工学研究院の羽部 哲朗 研究員（研究当時、現在：京都先端科学大学）および大阪大学 大学院理学研究科の越野 幹人 教授と共同で、原子層数層からなる２次元金属NbSe_２と２次元強磁性体Ｖ_５Se_８を重ねた磁性ファンデルワールス（vdW）ヘテロ構造を作製することに成功しました。そして、実験と理論の比較から、このヘテロ構造の界面ではNbSe_２中の伝導電子のスピンとバレーの両方が自発的に分極した「フェロバレー強磁性」という新しい状態が形成されていることを明らかにしました。伝導電子のスピンが自発的に分極した強磁性状態は、多くの強磁性金属で実現されており、スピントロニクスへの応用が盛んに研究されています。今回、スピンに加えてバレーも自発的に分極したフェロバレー強磁性が実現されたことにより、従来のスピントロニクスだけでなく、電子のバレー自由度を情報担体として利用するバレートロニクスへの応用展開も期待されます。また、NbSe_２はもともと超伝導体であるため、極低温では超伝導とフェロバレー強磁性が結合した新奇量子相の発現が期待されます。

　本研究成果は、2022年9月15日（英国夏時間）に英国科学誌「Nature Communications」のオンライン版に掲載されます。

本研究は、科学技術振興機構（JST） 戦略的創造研究推進事業 さきがけ研究領域「原子・分子の自在配列と特性・機能（課題番号：JPMJPR20AC）」、CREST研究領域「トポロジカル材料科学に基づく革新的機能を有する材料・デバイスの創出（課題番号：JPMJCR20T3）」、科研費「基盤研究Ｓ（課題番号：19H05602）」、「基盤研究B（仮題番号：19H02593）」、「基盤研究A（仮題番号：19H00653）」、「基盤研究Ｂ（課題番号：20H01840）」、「基盤研究Ａ（課題番号：20H00127）」、「若手研究（課題番号：21K13888）」の支援により実施されました。

＜プレスリリース資料＞

本文　PDF（492KB）

＜論文タイトル＞

“Spontaneous spin-valley polarization in NbSe2 at a van der Waals interface”

DOI:10.1038/s41467-022-32810-2

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