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Nobel type of electromagnetic effect caused by hidden current induced magnetization in zigzag antiferromagnetic metals

Research Project

Project/Area Number 19K03736
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionTohoku University

Principal Investigator

Kimata Motoi  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20462517)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,820,000 (Direct Cost: ¥1,400,000、Indirect Cost: ¥420,000)
Fiscal Year 2019: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
Keywords電気磁気効果 / 非相反磁気抵抗 / 反強磁性スピントロニクス / 非相反抵抗 / 電流誘起磁化 / 電気磁気結合
Outline of Research at the Start

本研究は、反強的相殺のためマクロには出現しないジグザグ鎖金属の「隠れた電流誘起磁化」が反強磁性秩序と結合することで顕在化し、新規な電気磁気効果を発現することを実証する。具体的には金属系における新規な電気磁気結合として、金属でありながらオームの法則を破る非相反抵抗が反強磁性秩序下でのみ生じることを示し、また隠れた電流誘起磁化を用いた反強磁性スピン制御・検出の新原理の開拓を行う。これらの現象は、電気分極が存在し得ない金属中における電気磁気結合の新形態であり、その解明はより広い視点からの電気磁気結合の理解・体系化に貢献し、さらにはスピントロニクス等、周辺分野へも大きな波及効果を有する。

Outline of Final Research Achievements

In this study, we are aiming to expand the applicable region of electro-magnetic effects into magnetic conductors beyond the conventional magnetic insulators. The main target materials are time and spatially inversion-symmetry-broken conducting systems. We have mainly obtained following results. Firstly, we have revealed thermally assisted domain reversal mechanism in a oxide antiferromagnetic thin film. Secondly, we have succeeded to detect time-reversal-symmetry breaking associated with triangle antiferromagnetic structure. Thirdly, we have found the magnetic field induced spin polarized state in a chiral semiconductor.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で達成した成果は、主に反強磁性磁気状態の制御や検出に関わるものである。スピンが互いに打ち消し合う反強磁性は正味の磁化を持たないため、磁気状態の検出や制御が従来困難であると考えられてきた。本研究はこれらの困難を克服する実験手法を提案、実証するものであり大きな学術的意義を有する。従って、今後さまざまな反強磁性体を用いたスピントロニクスや熱電変換など、新たな物質機能の開拓に対して貢献が期待できる。

Report

(4 results)
  • 2021 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2020 Research-status Report
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (16 results)

All 2022 2021 2020 2019

All Journal Article (3 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 1 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Journal Article] X-ray study of ferroic octupole order producing anomalous Hall effect2021

    • Author(s)
      Kimata Motoi、Sasabe Norimasa、Kurita Kensuke、Yamasaki Yuichi、Tabata Chihiro、Yokoyama Yuichi、Kotani Yoshinori、Ikhlas Muhammad、Tomita Takahiro、Amemiya Kenta、Nojiri Hiroyuki、Nakatsuji Satoru、Koretsune Takashi、Nakao Hironori、Arima Taka-hisa、Nakamura Tetsuya
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 5582-5582

    • DOI

      10.1038/s41467-021-25834-7

    • NAID

      120007153096

    • Related Report
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    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Large negative magnetoresistance in the antiferromagnet BaMn2Bi22021

    • Author(s)
      Ogasawara Takuma、Huynh Kim-Khuong、Tahara Time、Kida Takanori、Hagiwara Masayuki、Ar?on Denis、Kimata Motoi、Matsushita Stephane Yu、Nagata Kazumasa、Tanigaki Katsumi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 12 Pages: 125108-125108

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.125108

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Distinct domain reversal mechanisms in epitaxial and polycrystalline antiferromagnetic NiO films from high-field spin Hall magnetoresistance2020

    • Author(s)
      Kimata Motoi、Moriyama Takahiro、Oda Kent、Ono Teruo
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 116 Issue: 19 Pages: 192402-192402

    • DOI

      10.1063/1.5142495

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      須藤健太, 古川哲也, 小笠原直輝, 高橋武士, 小林夏野, 伊藤哲明, 木俣基
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      木俣基, 清水悠晴, 仲村愛, 李徳新, 本間佳哉, 杉浦栞理, 本多史憲, 佐々木孝彦, 青木大
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      日本物理学会 第77回年次大会(2022年)
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      井土宏, 木俣基, S. Okamoto, P. Laurell, N. Mohanta, A. Banerjee, D, Y. P. Chen
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      日本物理学会 第77回年次大会(2022年)
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      須藤健太, 古川哲也, 小笠原直輝, 高橋武士, 小林夏野, 伊藤哲明, 木俣基
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      日本物理学会 2021年秋季大会
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  • [Presentation] カイラル反強磁性体L12-Mn3Irにおける異常ホール効果の温度依存性2021

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      日本物理学会 2021年秋季大会
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  • [Presentation] カイラル半導体Teにおける量子振動と非相反伝導2021

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      須藤健太, 古川哲也, 小笠原直輝, 高橋武士, 小林夏野, 伊藤哲明, 木俣基
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      木俣基, 雀部矩正, 栗田謙亮, 山崎裕一, 田端千紘, 横山優一, 小谷佳範, Muhammad Ikhlas, 冨田崇弘, 雨宮健太, 野尻浩之, 中辻知, 是常隆, 中尾裕則, 有馬孝尚, 中村哲也
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      日本物理学会 2020年秋季大会
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  • [Presentation] カイラル半導体における非相反磁気抵抗の強磁場効果2020

    • Author(s)
      須藤健太, 柳有起, 高橋武士, 小林夏野, 鈴木通人, 木俣基
    • Organizer
      日本物理学会 2020年秋季大会
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      2020 Research-status Report
  • [Presentation] High magnetic field spintronics with antiferromagnetic materials2020

    • Author(s)
      Motoi Kimata, Takahiro Moriyama, Kent Oda, Teruo Ono
    • Organizer
      Asia-Pasifc Research in High Magnetic Field 2020
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      2020 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] カイラル半導体における量子極限状態での非相反磁気抵抗2020

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      須藤健太, 木俣基, 高橋武士, 小林夏野
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      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 軟X線磁気円二色性による拡張磁気八極子の検出2020

    • Author(s)
      木俣基, 雀部矩正, 山崎裕一, 栗田謙亮, 田端千紘, 横山優一, 小谷佳範, Muhammad Ikhlas, 冨田崇弘, 雨宮健太, 野尻浩之, 是常隆, 中辻知, 中尾裕則, 中村哲也
    • Organizer
      日本物理学会 第75回年次大会(2020年)
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      2019 Research-status Report
  • [Presentation] Cd2Re2O7における非相反磁気抵抗2019

    • Author(s)
      木俣基, 須藤健太, 平井大悟郎, 松林康仁, 広井善二
    • Organizer
      日本物理学会 2019年秋季大会
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      2019 Research-status Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2023-01-30  

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