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多層ディラック電子系における新奇な磁気伝導現象の開拓とバンド構造制御

Research Project

Project/Area Number 16J10114
Research Category

Grant-in-Aid for JSPS Fellows

Allocation TypeSingle-year Grants
Section国内
Research Field Condensed matter physics II
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

増田 英俊  東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)

Project Period (FY) 2016-04-22 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥1,900,000 (Direct Cost: ¥1,900,000)
Fiscal Year 2018: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2017: ¥600,000 (Direct Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2016: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Keywords磁性ディラック電子系 / ディラック電子系 / 巨大磁気抵抗 / 中性子回折 / 量子振動
Outline of Annual Research Achievements

昨年度から引き続き,磁性ディラック電子系EuMnBi2における,ディラック電子の量子輸送現象と磁気秩序の結合に関する研究を行なった.
EuMnBi2はディラック電子をもつBiの正方格子シートと,磁性を持つEuとMnを含む絶縁層からなる層状化合物である.申請者は前年度までに,外部磁場により絶縁層の磁気構造を変化させることで,ディラック電子の量子伝導を制御できることを示した.また,この系の磁気構造を,ゼロ磁場,磁場中を含む全ての相について詳細に明らかにした.本年度はこのEuMnBi2の微視的な電子状態に対する磁気構造の影響を調べることで,この系の特異な磁気輸送現象の起源を明らかにすることを目的として研究を行なった.
EuMnBi2の電子状態を調べるため,量子振動現象の解析をゼロ磁場反強磁性相,磁場中スピンフロップ相の両方について行なった.磁場方位を傾けたときの振る舞いから,ディラック電子が形成するランダウ準位におけるゼーマン分裂を見出し,さらにゼーマン分裂の大きさが反強磁性相とスピンフロップ相で変化するという特異な振る舞いを明らかにした.第一原理計算との比較を行なった結果,スピンフロップ相ではEuスピンとディラック電子の間で働く交換相互作用がディラック電子バンドのスピン分裂をもたらし,これがゼーマン効果に繰り込まれることによってゼーマン分裂の大きさが変化していることが示唆された.この結果については原著論文として投稿した (H. Masuda et al., PRB 98, 161108 (2018)).

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(3 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • 2016 Annual Research Report
  • Research Products

    (22 results)

All 2019 2018 2017 2016

All Journal Article (6 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 3 results) Presentation (16 results) (of which Int'l Joint Research: 7 results)

  • [Journal Article] Observation of Magnetopiezoelectric Effect in Antiferromagnetic Metal EuMnBi22019

    • Author(s)
      Y. Shiomi, H. Watanabe, H. Masuda, H. Takahashi, Y. Yanase, S. Ishiwata
    • Journal Title

      Phys. Rev. Lett.

      Volume: 122 Issue: 12 Pages: 127207-127207

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.127207

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Impact of antiferromagnetic order on Landau-level splitting of quasi-two-dimensional Dirac fermions in EuMnBi$_2$2018

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, M. Tokunaga, M. Ochi, H. Takahashi, K. Akiba, A. Miyake, K. Kuroki, Y. Tokura, and S. Ishiwata
    • Journal Title

      Phys. Rev. B (Rapid communication)

      Volume: 98 Issue: 16 Pages: 161108-161108

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.161108

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 新しい多層ディラック電子系EuMnBi2における磁気秩序と結合した量子伝導現象2016

    • Author(s)
      酒井英明, 増田英俊, 石渡晋太郎
    • Journal Title

      固体物理

      Volume: 51 Pages: 491-507

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Journal Article] ディラック電子を内包する新奇磁性体におけるバルク量子ホール効果2016

    • Author(s)
      増田英俊,酒井英明,石渡晋太郎
    • Journal Title

      平成27年度東京大学低温センター年報

      Volume: 7 Pages: 13-16

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] Revealing the Magnetic Order in a New Dirac Antiferromagnet EuMnBi2 by Resonant X-Ray Magnetic Scattering2016

    • Author(s)
      H. Sakai, H. Masuda, Y. Yamasaki, H. Nakao, Y. Murakami, T.-H. Arima, Y. Tokura and S. Ishiwata
    • Journal Title

      Photon Factory Highlights 2015

      Volume: 1 Pages: 4-5

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Journal Article] 反強磁性多層ディラック電子系EuMnBi2における軟X線磁気共鳴散乱の観測2016

    • Author(s)
      増田英俊, 酒井英明, 山崎裕一, 中尾裕則, 村上洋一, 有馬孝尚, 十倉好紀, 石渡晋太郎
    • Journal Title

      Photon Factory Activity Report 2015

      Volume: 33 Pages: 306-306

    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Open Access
  • [Presentation] Impact of antiferromagnetic order on Landau level splitting of quasi-two-dimensional Dirac fermions in EuMnBi22019

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, M. Tokunaga, M. Ochi, H. Takahashi, K. Akiba, A. Miyake, K. Kuroki, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • Organizer
      TPFC2019
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Impact of antiferromagnetic order on Landau level splitting of quasi-two-dimensional Dirac fermions in EuMnBi22019

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, M. Tokunaga, M. Ochi, H. Takahashi, K. Akiba, A. Miyake, K. Kuroki, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • Organizer
      APS March Meeting
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] ビスマス正方格子を含む新規多層ディラック電子系候補物質の開拓2018

    • Author(s)
      増田英俊, 酒井英明, 高橋英史, 石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 反強磁性多層ディラック電子系EuMnBi2の磁気構造2018

    • Author(s)
      増田英俊, 酒井英明, 高橋英史, 山崎裕一, 中尾朗子, 茂吉武人, 中尾裕則, 村上洋一, 有馬孝尚, 石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会2018年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Observation of quantized Hall plateaus in a bulk antiferromagnet EuMnBi2 with magnetically confined 2D Dirac fermions2017

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, M. Tokunaga, Y. Yamasaki, A. Miyake, J. Shiogai, S. Nakamura, S. Awaji, A. Tsukazaki, H. Nakao, Y. Murakami, T. Arima, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      米国ルイジアナ州ニューオリンズ
    • Year and Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Revealing the ultrafast light-to-matter energy conversion before heat diffusion in a layered Dirac semimetal2017

    • Author(s)
      Y. Ishida, H. Masuda, H. Sakai, S. Ishiwata, S. Shin
    • Organizer
      APS March Meeting 2017
    • Place of Presentation
      米国ルイジアナ州ニューオリンズ
    • Year and Date
      2017-03-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多層ディラック電子系EuMnBi2 における磁気秩序が誘起する特異な量子伝導現象2017

    • Author(s)
      増田英俊
    • Organizer
      第8回東京大学低温センター研究交流会
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2017-02-23
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] Landau level splitting revealed by high-field interlayer magnetotransport in EuMnBi2 with quasi-2D Dirac fermions2017

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, H. Takahashi, M. Tokunaga, A. Miyake, K. Akiba, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • Organizer
      CEMS-QPEC Symposium on Emergent Quantum Materials
    • Place of Presentation
      東京大学
    • Year and Date
      2017-01-18
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 反強磁性多層ディラック電子系EuMnBi2の強磁場下におけるスピン分裂の観測2017

    • Author(s)
      増田英俊, 酒井英明, 高橋英史, 徳永将史, 三宅厚志, 秋葉和人, 十倉好紀, 石渡晋太郎
    • Organizer
      物性研短期研究会 光で 見る・操る 電子物性科学の最前線  ~強相関, トポロジー, 低次元, ダイナミクス~
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Quantum Transport of Dirac Fermion Coupled with Magnetic Order in a Layered Antiferromagnet EuMnBi22017

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, M. Tokunaga, Y. Yamasaki, A. Miyake, J. Shiogai, S. Nakamura, S. Awaji, A. Tsukazaki, H. Nakao, Y. Murakami, T. Arima, Y. Tokura, and S. Ishiwata
    • Organizer
      Junjiro Kanamori Memorial International Symposium
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 多層ディラック電子系EuMnBi2における 量子振動の磁気構造依存性2017

    • Author(s)
      増田英俊,酒井英明,高橋英史,徳永将史,三宅厚志, 秋葉和人,十倉好紀,石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会2017年秋季大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] Magnetic structure dependence of SdH oscillations from quasi-2D Dirac fermions in EuMnBi22017

    • Author(s)
      H. Masuda, H. Sakai, H. Takahashi, M. Tokunaga, A. Miyake, K. Akiba, Y. Tokura, S. Ishiwata
    • Organizer
      CEMS Symposium on Trends in Condensed Matter Physics
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 反強磁性多層ディラック電子系EuMnBi2の強磁場下におけるスピン分裂の観測とバレー分極の可能性2016

    • Author(s)
      増田英俊,酒井英明,高橋英史,徳永将史,三宅厚志,秋葉和人,十倉好紀,石渡晋太郎
    • Organizer
      ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2016-11-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 多層ディラック電子系磁性体EuMnBi2におけるフェルミ面の次元性に依存したゼーベック・ネルンスト係数の量子振動2016

    • Author(s)
      鶴田圭吾,酒井英明,増田英俊,石渡晋太郎,中野岳仁,野末泰夫,三宅厚志,徳永将史,村川寛,花咲徳亮
    • Organizer
      ディラック電子系マルチフェロイクス研究会
    • Place of Presentation
      名古屋大学
    • Year and Date
      2016-11-17
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 反強磁性多層ディラック電子系EuMnBi2における磁気秩序に依存したランダウ準位構造の観測2016

    • Author(s)
      増田英俊,酒井英明,高橋英史,徳永将史,三宅厚志,秋葉和人,十倉好紀,石渡晋太郎
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report
  • [Presentation] 多層ディラック電子系磁性体EuMnBi2のゼーベック・ネルンスト効果における量子振動現象2016

    • Author(s)
      鶴田圭吾, 酒井英明, 増田英俊, 石渡晋太郎, 中野岳仁, 野末泰夫, 三宅厚志, 徳永将史, 村川寛, 花咲徳亮
    • Organizer
      日本物理学会2016年秋季大会
    • Place of Presentation
      金沢大学
    • Year and Date
      2016-09-13
    • Related Report
      2016 Annual Research Report

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Published: 2016-05-17   Modified: 2024-03-26  

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