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スピンホール効果から軌道ホール効果へ

Research Project

Project/Area Number 23K23207
Project/Area Number (Other) 22H01939 (2022-2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023)
Section一般
Review Section Basic Section 29010:Applied physical properties-related
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

下澤 雅明  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 准教授 (40736162)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 井澤 公一  大阪大学, 大学院基礎工学研究科, 教授 (90302637)
Project Period (FY) 2022-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥17,680,000 (Direct Cost: ¥13,600,000、Indirect Cost: ¥4,080,000)
Fiscal Year 2024: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,920,000 (Direct Cost: ¥8,400,000、Indirect Cost: ¥2,520,000)
Keywords磁気顕微鏡 / スピン蓄積 / 走査型SQUID顕微鏡 / 熱流誘起スピン蓄積 / スピン流 / 走査型TMR素子顕微鏡 / 軌道ホール効果
Outline of Research at the Start

スピンホール効果やスピンネルンスト効果などのスピン流に関連する現象が数多く発見されている。電子には、スピン自由度と似て非なる軌道自由度も存在しており、軌道ホール効果などの軌道流を利用した研究も最近発展し始めている。しかし、このスピン流/軌道流に関連する現象は、非常に小さな信号として現れる上に、読み取りが簡便な電気信号に変換する手法もそれを適用できる試料も限られている。本研究では、多種多様な試料に適用できる高感度の磁気顕微鏡を用いることで、スピンホール効果/軌道ホール効果などの起源であるスピン流/軌道流が試料端に蓄積しているかどうかを直接評価できるようにする。

Outline of Annual Research Achievements

本年度は、有機反強磁性絶縁体κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clで理論予想されている熱流誘起スピン流の実験的検証を行った。具体的には、熱流によって生成された純スピン流が試料端に蓄積(スピン蓄積)することで生じる局所磁化を、前年度までに開発した「電流/熱流印加中でも精密に局所磁気測定が可能な走査型SQUID顕微鏡システム」を用いて測定した。結果として、熱流を40 mWまで印加しても、試料端に有意な磁気信号は現れず、スピン蓄積を局所磁化信号として観測することはできなかった。今回の測定温度がT = 5 Kと比較的低温であったが、ネール温度(T = 22 K)付近で最もスピン蓄積量が大きくなることが理論予想されている。現在、ネール温度を超える30 K程度まで局所磁気測定ができるように改良に取り組んでいる。完了後には、ネール温度を跨ぐ温度領域での測定にも挑戦し、スピン軌道相互作用の小さな有機試料でもスピン流が生成できる可能性を磁気顕微鏡を使って証明したい。
上記の研究以外にも、磁気トロイダル金属HoAgGeにおける非線形横伝導測定を磁場中で行った。その結果、フェリ磁気トロイダル相にはドメインが存在し、電流と磁場を組み合わせることで予想通りコントロールできることが分かった。また、強トロイダル金属UNi4Bの非相反伝導を試料各場所で測定したところ、その信号の符号が測定位置によって変わることが分かった。これは、磁気トロイダルドメインが存在していることを強く示唆した結果である。さらに、磁場を印加してUNi4Bの非相反伝導を測定したところ、高磁場で磁気転移を示すと同時に、非相反伝導がほぼ消失していることが分かった。これらの結果は、磁気トロイダルモーメントによって非相反伝導が出現している強い証拠である。この内容は、既に日本物理学会などで発表しており、現在論文執筆中である。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

上記(研究実績の概要)で報告した通り、前年度構築した「電流/熱流下でも精密に局所磁気測定が可能な走査型SQUID顕微鏡システム」を用いて、有機反強磁性絶縁体で理論予想されている熱流誘起スピン流の実験的検証を行った。残念ながら現状では、スピン蓄積の兆候を捉えることができなかったが、システムを改良してスピン蓄積量が最大となるネール温度付近で再挑戦する予定である。

Strategy for Future Research Activity

今後は、30 K程度まで測定できるシステムに改良した後、再度、κ-(BEDT-TTF)2Cu[N(CN)2]Clで予想されている熱流誘起スピン流の実験的検証をネール温度付近で実施する。また、可能であれば、Geの軌道流やUNi4Bの磁気トロイダルドメインの直接観察にも取り組む。

Report

(2 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • 2022 Annual Research Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 2022

All Presentation (10 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 1 results)

  • [Presentation] 重い電子系超伝導物質CeCoIn5における一軸圧力下電気抵抗率測定2024

    • Author(s)
      石田健太郎,細井優,下澤雅明,井澤公一,宍戸寛明,大貫惇睦
    • Organizer
      日本物理学会 2024年春季大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Valley-dependent charge transport under strain in bismuth2023

    • Author(s)
      細井優、橘風夢、阪口真衣、石田健太郎、下澤雅明、木下雄斗、徳永将史、伏屋雄紀、井澤公一
    • Organizer
      International Conference on Quantuum Liquid Crystals 2023
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 磁場中における班強磁性体UNi4Bの非相反電気伝導2023

    • Author(s)
      小路山竜平, 宮本大輝, 市野祐喜, 多田勝哉, 室谷拓海, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 仲村愛, 本間佳哉, 本多史憲, 青木大
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 非クラマース系PrRh2Cd20の電子状態に対する圧力効果2023

    • Author(s)
      高尾祥平, 小林寅弘, 野村尚矢, 足立涼, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 広瀬雄介, 土塔寛, 河野琢馬, 摂待力生
    • Organizer
      日本物理学会 第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] ビスマスにおけるバレー操作と歪み下電気伝導2023

    • Author(s)
      細井優, 橘風夢, 阪口真衣, 石田健太郎, 下澤雅明, 木下雄斗, 徳永将史, 伏屋雄紀, 井澤公一
    • Organizer
      日本物理学会 春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] フェリ/反強磁気トロイダル候補金属HoAgGeの磁場中における非線形横伝導率測定2023

    • Author(s)
      市野祐喜, 宮本大輝, 小路山竜平, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 八城愛美, 速水賢, 大貫惇睦, 青木大
    • Organizer
      日本物理学会 春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 磁気トロイダルモーメント由来の非線形伝導2023

    • Author(s)
      下澤雅明
    • Organizer
      日本物理学会 春季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 新規トロイダル金属HoAgGeの非線形横伝導率測定2022

    • Author(s)
      宮本大輝, 高尾祥平, 多田勝哉, 小路山竜平, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 八城美愛, 速水賢, 大貫惇睦, 青木大
    • Organizer
      日本物理学会 秋季大会
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] 弾性抵抗の対称性から探る半金属ビスマスにおける歪み応答とその起源2022

    • Author(s)
      橘風夢, 細井優, 下澤雅明, 井澤公一, 木下雄斗, 徳永将史, 伏屋雄紀
    • Organizer
      ウラン化合物を中心とする特異な物性の最前線 神戸大学
    • Related Report
      2022 Annual Research Report
  • [Presentation] CeRh2As2の磁場に鈍感な非フェルミ液体的挙動2022

    • Author(s)
      松本碧, 今西優人, 小林祐也, 細井優, 下澤雅明, 仲村愛, 青木大, 井澤公一
    • Organizer
      ウラン化合物を中心とする特異な物性の最前線 神戸大学
    • Related Report
      2022 Annual Research Report

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Published: 2022-04-19   Modified: 2024-12-25  

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