スピン構造に由来するベリー位相と光による新奇な磁気光学効果の理論研究

• Project/Area Number: 13J03141
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 物性Ⅱ(磁性・金属・低温)(理論)
• Research Institution: Nagoya University
• Principal Investigator: 田口 勝久 名古屋大学, 工学研究科, 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: ワイル半金属 / ディラック半金属 / スピントロニクス / スピンポンピング / トポロジカル絶縁体 / カイラル磁気効果 / らせん波 / スピン輸送理論 / ディラック電子 / 軸性流 / 磁化ダイナミクス / アキシトロニクス / 磁気抵抗効果 / スピン偏極電流 / トポロジカル絶縁体/磁性体接合系 / スピン拡散 / 磁気抵抗

Outline of Annual Research Achievements

本年度はトポロジカル絶縁体(TI)表面でのスピントロニクス、TI /磁性絶縁体の接合表面における磁化の動的運動によって誘起される電流・スピン流の理論研究を引き続き行った。研究の結果、電流は磁化の時間変化によって駆動されること、スピン流は空間的に磁化の時間・空間変化によって駆動されることを示した。また、導出した電流・スピン流の観測方法として、強磁性共鳴時のダンピングの大きさの変化を調べた。磁化の空間依存性を考慮してダンピングの変化を解析した。ダンピングには磁化構造に依存する項と依存しない項があり、両者は区別できる。この成果はPhysical Review B誌に掲載された。

光らせん波による新奇なスピン構造の生成の理論的研究も行った。TI表面にはスピンと運動量の密接な関係が存在する。その表面に電場を誘起することでスピン偏極を創ることができるが、そのスピン偏極は空間的に一様である。 本研究では、光らせん波を使って、空間的に非一様なスピン偏極構造をTI表面に創る方法を理論的に示した. 光らせん波の持つスピン角運動量と軌道角運動量がスピン偏極構造に反映することを明らかにした。この成果はPhysical Review B誌への掲載が採択された。

また、光誘起カイラル磁気効果の理論的研究も行った。ワイル半金属は運動量空間におけるBerry位相によるモノポール電荷±1のエネルギー分散を持つ物質であり、その物質の輸送現象に興味が持たれている。中でもカイラル磁気効果(CME)が注目を集めている。本研究では、円偏光の電場の非線形効果の創る実効的な磁場に着目し、その磁場によるCMEを明らかにした。 その実効的な磁場は数十テスラの巨大な磁束密度となり得るため、従来よりも巨大なCMEを引き起こすことを示した。今回明らかにしたCMEは、従来と違い、散逸を伴う電流が誘起されることも解明した。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Int'l Joint Research] Hong Kong University of Science & Tec.(Hong Kong)
• [Int'l Joint Research] University of Twente(オランダ)
• [Journal Article] Josephson current in a normal-metal nanowire coupled to a superconductor/ferromagnet/superconductor junction (2016)
  • Author(s): H. Ebisu, B. Lu, K. Taguchi, A. A. Golubov, Y. Tanaka
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 93 Issue: 2 Pages: 024509-024509
  • DOI: 10.1103/physrevb.93.024509
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Spin-charge transport driven by magnetization dynamics on the disordered surface of doped topological insulators (2015)
  • Author(s): Katsuhisa Taguchi, Kunitaka Shintani, and Yukio Tanaka
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 92 Issue: 3 Pages: 035425-035425
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.035425
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Electromagnetic effect on disordered surface of topological insulators (2015)
  • Author(s): K.Taguchi, K.Shintani, and Y Tanaka
  • Journal Title: Journal of Magnetism and Magnetic Materials Volume: 400 Pages: 188-190
  • DOI: 10.1016/j.jmmm.2015.08.058
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Theory of tunneling conductance of anomalous Rashba metal/superconductor junctions (2015)
  • Author(s): Toshiyuki Fukumoto, Katsuhisa Taguchi, Shingo Kobayashi, and Yukio Tanaka
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 92 Issue: 14 Pages: 144514-144514
  • DOI: 10.1103/physrevb.92.144514
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Axial current driven by magnetization dynamics in Dirac semimetal (2015)
  • Author(s): Katsuhisa Taguchi and Yukio Tanaka
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 91 Issue: 5 Pages: 054422-054426
  • DOI: 10.1103/physrevb.91.054422
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Equilibrium axial current due to a static localized spin in Weyl semimetals (2014)
  • Author(s): Katsuhisa Taguchi
  • Journal Title: Journal of Physics: Conference Series Volume: 568 Issue: 5 Pages: 052032-052035
  • DOI: 10.1088/1742-6596/568/5/052032
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Giant magnetoresistance in the junction of two ferromagnets on the surface of diffusive to Dological insulators (2014)
  • Author(s): Katsuhisa Taguchi, Takehito Yokoyama, and Yukio Tanaka
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 89 Issue: 8 Pages: 85407-85412
  • DOI: 10.1103/physrevb.89.085407
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Inverse faraday effect driven by spin chirality in weak ferromagnets (2013)
  • Author(s): Katsuhisa Taguchi and Gen Tatara
  • Journal Title: Journal of the Korean Physical Society Volume: 62 Issue: 12 Pages: 1759-1762
  • DOI: 10.3938/jkps.62.1759
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 円偏光誘起軸性流の理論 (2015)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2015-09-19
• [Presentation] ワイル半金属のスピン輸送の理論 Spin transport in Weyl semimetals (2015)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 関西大学
  • Year and Date: 2015-09-17
  • Invited
• [Presentation] Axial current driven by magnetization dynamics in Dirac semimetals (2015)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: Topological & Correlated Matter
  • Place of Presentation: Hong Kong University of Science and Technology
  • Year and Date: 2015-06-28
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Spin Pumping on Disordered Surface of Topological Insulators (2015)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: Workshop on “Topological Magnets”
  • Place of Presentation: Riken
  • Year and Date: 2015-05-25
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Axial Current due to Magnetization Dynamics in Weyl Semimetals (2014)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: International conference on topological quantum phenomena
  • Place of Presentation: 京都大学
  • Year and Date: 2014-12-18
• [Presentation] ワイル半金属における磁化ダイナミクスによる軸性流 (2014)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 中部大学
  • Year and Date: 2014-09-09
• [Presentation] Spin and Charge Pumping Driven by Magnetization Dynamics in Weyl Semimetal (2014)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: CONDENSED MATTER IN PARIS 2014
  • Place of Presentation: パリ
  • Year and Date: 2014-08-25
• [Presentation] Spin and charge pumping induced by magnetization dynamics in Weyl semimetal (2014)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: 27th International Conference on Low Temperature Physics
  • Place of Presentation: ブエノスアイレス
  • Year and Date: 2014-08-07 – 2014-08-09
• [Presentation] Generation and propagation of spin driven by magnetization dynamics in the junction of magnetic insulators and Weyl semimetals (2014)
  • Author(s): 田口勝久
  • Organizer: 8th International Conference on Physics and Applications of Spin Phenomena in Solids
  • Place of Presentation: アメリカ/ワシントンDC
  • Year and Date: 2014-06-28
• [Presentation] ワイル半金属におけるスピン依存伝導 (2014)
  • Author(s): 田口 勝久
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 東海大学
  • Year and Date: 2014-03-29
• [Presentation] Magnetoresistance in a junction of two ferromagmets on the surface of topological insulators (2014)
  • Author(s): 田口 勝久
  • Organizer: American Physical Society March Meeting
  • Place of Presentation: Denver, USA
  • Year and Date: 2014-03-06
• [Presentation] 強磁性体/トポロジカル絶縁体接合系における磁気抵抗効果 (2013)
  • Author(s): 田口 勝久
  • Organizer: 第7回物性科学領域横断研究会
  • Place of Presentation: 東京大学
  • Year and Date: 2013-12-02
• [Presentation] トポロジカル絶縁体における磁気抵抗効果 (2013)
  • Author(s): 田口 勝久
  • Organizer: 日本物理学会
  • Place of Presentation: 徳島大学
  • Year and Date: 2013-09-25
• [Presentation] 強磁性体/トポロジカル絶縁体接合系における磁気抵抗効果 (2013)
  • Author(s): 田口 勝久
  • Organizer: 対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象"第4回領域研究会"
  • Place of Presentation: 名古屋大学
• [Presentation] Magnetoresistance in a junction of two ferromagnets on the surface of topological insulators (2013)
  • Author(s): 田口 勝久
  • Organizer: International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena
  • Place of Presentation: 沖縄
• [Remarks] 名古屋大学 工学研究科 マテリアル理工学専攻 物性基礎工学研究グループ
  • URL: http://www.rover.nuap.nagoya-u.ac.jp/
• [Remarks] Solid State Engineering Laboratory (Tanaka Group)
  • URL: http://www.rover.nuap.nagoya-u.ac.jp/index-e.html
• [Remarks]
  • URL: http://www.rover.nuap.nagoya-u.ac.jp
• [Remarks]
  • URL: http://www.rover.nuap.nagoya-u.ac.jp