理研・東大・JST、酸化亜鉛でスピン軌道相互作用と電子相関の共存を実証

発表日:2021年05月26日

酸化亜鉛でスピン軌道相互作用と電子相関の共存を実証

-新しい電子相開拓への手がかり-

理化学研究所（理研）創発物性科学研究センター強相関界面研究グループのデニス・マリエンコ上級研究員、川崎雅司グループディレクター（東京大学大学院工学系研究科教授）、小塚裕介客員研究員（科学技術振興機構さきがけ研究者）、強相関物質研究グループのマルクス・クリーナー上級研究員、強相関量子伝導研究チームの川村稔専任研究員、東京大学大学院工学系研究科のサイード・バハラミー特任講師（研究当時）らの国際共同研究グループ（※）は、高品質の酸化亜鉛［1］においてスピン軌道相互作用［2］効果と強いクーロン相互作用（電子相関）［3］が共存することを実証しました。

本研究成果は、スピン軌道相互作用とクーロン相互作用の競合が引き起こす新しい電子相を開拓する手がかりとなります。

スピン軌道相互作用は、固体中で生じるさまざまなスピン依存伝導現象やそれを応用したスピントロニクス［4］技術に必要な相互作用です。これまで、半導体のスピン軌道相互作用に関する研究は、クーロン相互作用が比較的弱い状況下で行われてきました。しかし、スピン軌道相互作用はクーロン相互作用と激しく競合する可能性があり、これらの二つの相互作用が共存する系では、新奇な電子状態が出現する可能性が理論的に指摘されています。

今回、国際共同研究グループは、半導体の中でも比較的強いクーロン相互作用が働くことが知られている高品質な酸化亜鉛において、電子にスピン軌道相互作用効果が働くことを電気伝導測定の実験によって明らかにしました。さらに、酸化亜鉛中の電子濃度を変化させることで、スピン軌道相互作用の大きさを制御できることを見いだしました。

本研究は、科学雑誌『Nature Communications』オンライン版（5月26日付:日本時間5月26日）に掲載されます。

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グラフ資料

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添付リリース

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