Study of quantum transport phenomena in Dirac magnets with spontaneous magnetisation
| Project/Area Number |
19H01851
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
|
| Allocation Type | Single-year Grants |
|---|
| Section | 一般 |
|---|
| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
|
|---|
| Research Institution | Osaka University |
|---|
Principal Investigator |
Sakai Hideaki 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (20534598)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
|
| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
|
| Budget Amount *help |
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,550,000 (Direct Cost: ¥3,500,000、Indirect Cost: ¥1,050,000)
Fiscal Year 2019: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
|
|---|
| Keywords | 磁性ディラック半金属 / 自発磁化 / 異常ホール効果 / スピン・バレー結合 / ワイル磁性体 / 異常ネルンスト効果 / ディラック半金属 / 強磁性体 / 極性金属 / ディラック電子系 / トポロジカル磁性体 / ディラック電子 / 量子ホール効果 / 強相関電子系 / ベリー位相 |
|---|
| Outline of Research at the Start |
トポロジカルな電子状態を有する磁性体は、革新的スピントロニクス応用が期待でき注目を集めている。これに対し近年、申請者は多層ディラック電子系磁性体を開拓し、超高移動度のディラック電子を磁化で制御することにより、特異な磁気抵抗効果やホール効果を実証した。しかし、従来物質はすべて反強磁性体であった。そこで本研究では、多層ディラック電子系強磁性体を創製し、ゼロ磁場での異常磁気伝導を実現することを目的とする。多彩な合成法を駆使することにより、既存の系に対し元素置換を行い、自発磁化の巨大化や強磁性化を目指す。これにより、自発磁化と量子伝導が結合する強相関トポロジカル現象を新規開拓する。
|
| Outline of Final Research Achievements |
In this study, we have explored novel (weak) ferromagnetic layered Dirac materials, where quantum transport phenomena can be controlled by spontaneous magnetization. In BaMnX2, which exhibits weak ferromagnetism due to the canted Mn spins, we found that the X square lattice is slightly distorted and in-plane polarity is generated. This distortion induces not only spontaneous magnetization but also spin-valley locking of the Dirac electrons via the spin-orbit interactions. This peculiar electronic state results in unconventional magnetotransport phenomena at weak magnetic fields. In the antiferromagnet EuMnBi2 exhibiting strong coupling to magnetism, we have demonstrated that the spontaneous magnetization and Fermi energy can be systematically controlled by partially substituting Eu ions with other rare earth ions.
|
| Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements |
本系の弱強磁性（スピンのキャント）の要因が、極性をもつ格子歪みであることを突き止めた結果、スピンと運動量がロックしたディラック電子が実現していることを解明できた点は、当初の予想外であり、学術的に重要な発見となった。さらに、この特異な電子状態と自発磁化の結合に起因すると思われる新しいホール効果やネルンスト効果の兆候を観測できた点は、将来のデバイス応用に向けて重要な成果である。また、系統的なキャリア濃度制御に成功し、熱電・熱磁気発電の最適化を実証した点は、磁性との強い結合と高移動度が両立する本物質系は、幅広い応用用途が期待できることを示す結果となった。
|
Report
(4 results)
Research Products
(56 results)
-
-
-
-
-
[Journal Article] Tunable spin-valley coupling in layered polar Dirac metal2021
Author(s)
M. Kondo, M. Ochi, T. Kojima, R. Kurihara, D. Sekine, M. Matsubara, A. Miyake, M. Tokunaga, K. Kuroki, H. Murakawa, N. Hanasaki, and H. Sakai
-
Journal Title
Commun. Mater.
Volume: -
Issue: 1
Pages: 49-49
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Journal Article] Bulk quantum Hall effect of spin-valley coupled Dirac fermions in the polar antiferromagnet BaMnSb$_2$2020
Author(s)
H. Sakai, H. Fujimura, S. Sakuragi, M. Ochi, R. Kurihara, A. Miyake, M. Tokunaga, T. Kojima, D. Hashizume, T. Muro, K. Kuroda, Takeshi Kondo, T. Kida, M. Hagiwara, K. Kuroki, M. Kondo, K. Tsuruda, H. Murakawa, and N. Hanasaki
-
Journal Title
Phys. Rev. B (Rapid Commun.)
Volume: 101
Issue: 8
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Block-layer design for high-mobility magnetic and polar Dirac materials2022
Author(s)
H. Sakai, H. Fujimura, R. Kurihara, A. Miyake, M. Tokunaga, T. Kida, M. Hagiwara, K. Tsuruda, H. Murakawa, and N. Hanasaki
Organizer
SMS2022 (Summit of Materials Science 2022), Sendai, Japan/Online
Related Report
Int'l Joint Research / Invited
-
-
-
-
-
-
[Presentation] Spin-valley coupling sensitive to lattice distortion in layered Dirac metal BaMn$X$$_2$ ($X$ = Bi, Sb)2021
Author(s)
M. Kondo, M. Ochi, T. Kojima, R. Kurihara, D. Sekine, M. Matsubara, A. Miyake, M. Tokunaga, K. Kuroki, H. Murakawa, N. Hanasaki and H. Sakai
Organizer
APS March meeting 2021 (Online)
Related Report
-
-
-
-
-
[Presentation] High field transport properties for spin-valley coupled Dirac materials BaMn$X$$_2$ ($X$ = Bi, Sb)2020
Author(s)
M. Kondo, M. Ochi, T. Kojima, R. Kurihara, D. Sekine, M. Matsubara, A. Miyake, M. Tokunaga, K. Kuroki, H. Murakawa, N. Hanasaki and H. Sakai
Organizer
ARHMF2020 (Asian regional high-field conference), Online
Related Report
Int'l Joint Research
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
[Presentation] 強磁性ワイル半金属候補物質 PrAlGe の電気 伝導特性の研究2019
Author(s)
中岡優大, 村川寛, 横井晃平, 駒田盛是, 木田孝則, 中川賢人, 藤 村飛雄吾, 鳴海康雄, 萩原政幸, 酒井英明, 花咲徳亮
Organizer
日本物理学会2019年度秋季大会
Related Report
-
-
[Presentation] 多層ディラック電子系物質 BaMnBi2 の量子 極限近傍における特異なランダウ準位構造2019
Author(s)
近藤雅起, 酒井英明, 藤村飛雄吾, 中 川賢人, 栗原綾佑, 三宅厚志, 徳永将史, 木田孝則, 萩原政幸, 村川寛, 花咲徳亮
Organizer
日本物理学会2019年度秋季大会
Related Report
-
[Presentation] 空間反転対称性の破れた反強磁性体BaMnSb2 の特異なディラック電子状態2019
Author(s)
酒井英明, 藤村飛雄吾, 櫻木俊輔, 越智正之, 小島 達弘, 徳永将史, 室隆桂之, 黒田健太, 近藤猛, 黒木和彦, 橋爪大輔, 木田孝則, 萩原政幸, 近藤雅 起, 村川寛, 花咲徳亮
Organizer
日本物理学会2019年度秋季大会
Related Report
-
-
-
[Presentation] 強磁性ワイル半金属候補物質 PrAlGe の電気伝導特性の研究2019
Author(s)
中岡優大, 村 川寛, 横井滉平, 駒田盛是, 木田孝則, 中川賢人, 藤村飛雄吾, 鳴海康雄, 萩原政幸, 酒井英明, 花 咲徳亮
Organizer
物性研短期研究会/強磁場科学研究会ー強磁場コラボラトリーによる強磁場科学の新展開
Related Report
-
-
[Presentation] 多層ディラック電子系 BaMnBi2 における Bi 正 方格子の極性歪に敏感なスピン・バレー状態2019
Author(s)
近藤雅起, 酒井英明, 越智正之, 栗 原綾佑, 小島達弘, 櫻木俊輔, 三宅厚志, 徳永将史, 國定聡, 黒田健太, 近藤猛, 黒木和彦, 藤村飛 雄吾, 中川賢人, 村川寛, 花咲徳亮
Organizer
日本物理学会第 75 回年次大会
Related Report
-
-
-
-
-
-
