Development of spintronic functions inherent in molecular orientations
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19K03723
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Tokyo Denki University (2022)
Waseda University (2019-2021) |
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Principal Investigator |
中 惇 東京電機大学, 理工学部, 准教授 (60708527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30415054)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | 分子性導体 / スピン分裂 / 第一原理計算 / 構造最適化 / ピエゾ磁気効果 / 強相関効果 / 光学伝導度 / 1粒子励起スペクトル / ペロブスカイト / スピン軌道結合 / GdFeO3型歪み / 軌道間ベリー位相 / 異常ホール効果 / 有機導体 / 磁気光学カー効果 / スピン流生成 / 励起子絶縁体 / スピンゼーベック効果 / 電子相関 / スピン流 / スピントロニクス |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、スピントロニクス機能研究の舞台として、軽元素からなる分子性導体を明確な理論的指針に基づき提示する。これまで強いスピン軌道結合を持つ重元素を含む無機金属や半導体を中心に展開されてきた領域に、新しい材料基盤を与える。具体的には、分子性導体の特徴的な分子配列構造がもたらすエネルギーバンド変形が、原理的にスピン軌道結合を必要としないスピン流生成機能を創発し得ることを、実際の物質に即した有効モデル解析と群論的考察を相補的に用いて明らかにする。実験によるスピン流検出を念頭においた観測理論の提案から具体的な候補物質の選定までを一貫して行い、分子性導体を用いたスピン流生成を目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子性導体の分子配向と電子相関効果の双方に立脚した新しいスピン流生成現象を探索を目的として以下の研究を行った。1)κ型分子性導体の反強磁性状態ではスピン分裂バンド構造の対称性から、特定の応力印加に対して強磁性磁化が生じるピエゾ磁気効果の発現が期待できる。これを念頭に置き、κ型分子性導体における応力印加効果を調べた。第一原理計算ソフトウェアQuantum ESPRESSO（QE）を用いて応力下での構造最適化および電子状態計算を行い、得られたブロッホ状態から最局在ワニエ関数を求めることで、応力下における強束縛有効モデルを導出した。その結果、応力下の有効モデルに含まれる電子遷移積分が、単位胞に含まれる二種類のダイマーの周りで非等価になることを見出した。これは反強磁性秩序下でピエゾ磁気効果に寄与すると考えられる。2)α型分子性導体は、フェルミ面の近傍に線形分散を持つことから有機トポロジカル絶縁体の候補物質として研究が行われている物質であり、近年BETS分子ベースの物質系では低温で反強磁性状態の発現が指摘されている。α型の結晶構造と反強磁性の対称性から、線形分散・スピン分裂・SOCの協力効果による特異な交差相関現象の可能性が期待できる。この探索を目的として、QEを用いたα-BETS系のSOCを含む強束縛モデルの構築を行った。結果として、BETS系のSOCの大きさは1 meVのオーダーであり、従来のET系に比べて1桁程度大きくなることを見出した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
これまでの研究で、有機・無機のそれぞれ典型的な強相関系において、スピン分裂、スピン流生成および異常ホール効果の微視的な起源と実験による観測条件を詳細に明らかにすることができた。さらに、これに基づいた実験との共同研究の成果も徐々に出つつある。また、第一原理計算を併用したピエゾ磁気効果などのスピン分裂由来の新しい交差相関現象の研究にも着手ができている。
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| Strategy for Future Research Activity |
昨年度に構築したκ型およびα型分子性導体の強束縛有効モデルに電子相関効果を導入し、ピエゾ磁気効果や線形分散により発現する新しい交差相関現象の研究を進める。また、κ型分子性導体のスピン分裂に起因した特異なトポロジカル相や超伝導状態の研究も計画している。
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Report
(4 results)
Research Products
(33 results)
