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Miwa Group, The Institute for Solid State Physics (ISSP), The University of Tokyo

Research

Topics

 We focus our studies on condensed matter and materials physics, particularly in the realm of nanomaterials, where the properties of spin can be transformative. Our work involves creating atomically controlled quantum materials composed of metals, insulators, and organic molecules. The aim of our research is to harness quantum physics to develop new nanostructures with advantageous physical physical properties and to understand their microscopic origins. Although the periodic table contains only a few magnetic materials, such as Fe and Co, the potential expands significantly when we explore multilayers These multilayers combine magnetie elements (such as Fe, Co, Ni, and Mn) with non-magnetic elements (including V, Cu, Sn, Au, Pt, Ir) , as well as organic and biomolecular materials. The deversity of these combinations offers nearly infinite possilibities in material design and application.
 
 In our research, we delve into the fascinating field of quantum spintronics, focusing on three primary areas:
1. Chiral Molecular Spintronic Devices: Here, we explore spintronic devices that incorporate chiral molecules, including chiral phthalocyanines/perovskites and biomolecules such as proteins. By leveraging the unique property of spin currents, we aim to develop innovative spintronic functionalities.
2. Quantum Materials Spintronic Device: Our studies extend to spintronic devices utilizing topological magnetic materials, such as the chiral antiferromagnet Mn3Sn. We harness the distinctive electronic structures of quantum materials to create novel spintronic devices.
3. Operando Spectroscopy: This aspect of our research focuses on the device physics of quantum spintronics. We employ advanced techniques like femtosecond pulse laser and X-ray magnetic circular dichroism spectroscopy/imaging to gain deeper insights.

 We conduct these studies on quantum spintronic devices using cutting-edge fabrication and measurement technologies.


 家電製品やパソコン・自動車をはじめとした生活必需品では磁性体、すなわち磁石が重要な役割を担います。このように私たちの身の回りは磁性体であふれています。三輪研究室では磁性の主な起源である電子の自転角運動量に相当するスピンの性質がナノの世界で顕著に現れることに着目し、これを利用して高度なレベルでエレクトロニクスを実現する量子スピントロニクスの研究を行っています。特に原子層成長技術を駆使した高品質かつ特徴的なナノ構造を有する新奇量子スピントロニクスデバイスを作製し、その物性を研究します。元素の周期表において磁性材料はFeやCoのようにごく限られています。しかし、Fe・ Co・ Ni・Mnをはじめとした磁性体、V・ Cu・Sn・Au・Pt・Irなどの非磁性体、金属と異なる対称性や機能を有するフタロシアニンや生体分子等の有機分子、これらを原子・分子レベルで自在に組み合わせることにより、新たな物の性質(物性)が生みだします。

1. キラル分子スピントロニクスデバイス
 キラルフタロシアニンのように実空間に特徴的な構造を有するキラル分子、タンパク質に代表される生体分子等を用いた新奇スピントロニクス研究を展開します。スピン角運動量の流れであるスピン流がtruly chiralである点に着目し、生体分子スピントロニクスデバイスを用いた『スピントロニクス分子生物学』という新たな学問分野の創成を目指します。
2. 量子物質スピントロニクスデバイス
 ワイル磁性体であるカイラル反強磁性金属Mn3Snをはじめとしたトポロジカル磁性体のように運動量空間に特徴的な電子状態を有する量子物質を用います。これによりFe/MgOをはじめとした従来材料を用いたスピントロニクスを超えるデバイス物性の発現を目指します。
3. フェムト秒パルスレーザーや放射光X線を用いたオペランド分光
 フェムト秒パルスレーザーやX線磁気円二色性分光等を用いた最先端の分光や顕微イメージング技術を利用し、量子スピントロニクスデバイスの物理機構を解明します。
4. スピンによる脳型コンピューティング
 スピンダイナミクスの非線形性に着目し、新規コンピューティングを開拓します

 個々の研究テーマにより細部は異なりますが、広くは新たな材料系が示す新たな物性を見つけ、電子デバイス材料として機能化して応用に供することが研究目的です。


和文解説(スピントロニクス入門):
「量子スピントロニクス現象を示す新物質について」電気学会誌 139, 601 (2019)
「磁気抵抗効果を使ったスピントロニクス現象」電気評論 105, 21 (2020)






Previous results


Access

A330, Miwa group, The Institute for Solid State Physics, 5-1-5 Kashiwanoha, Kashiwa, Chiba 277-8581, Japan

〒277-8581
千葉県柏市柏の葉5-1-5
東京大学 物性研究所 三輪研究室
 A330 TEL:04-7136-3301
 A329 TEL:04-7136-3300
 A320 TEL:04-7136-3334

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