Edelstein effects in superconductors without inversion symmetry

• Project Area: Frontiers of materials science spun from topology
• Project/Area Number: 18H04215
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 塩見 雄毅 東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10633969)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥6,240,000 (Direct Cost: ¥4,800,000、Indirect Cost: ¥1,440,000); Fiscal Year 2019: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2018: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
• Keywords: 超伝導ボルテックス / トポロジー / スピントロニクス / 超伝導体 / 強磁性体 / 対称性の破れ / スピン流 / エデルシュタイン効果

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、超伝導体におけるトポロジカル現象の開拓を目指して研究を行ってきた。特に、強磁性体上の超伝導体試料において研究を進める過程で興味深い輸送特性を示すことを見出した超伝導ボルテックスに注目して研究を行ってきた。
昨年度に、強磁性体/超伝導体の試料構造の対称性の破れに起因したボルテックスの非相反応答を見出した（Nat. Commun. 9, 4922 (2018)）。超伝導ボルテックスは超伝導体内部で保存することから、伝導電子と異なり超伝導体の外側の磁気的環境が輸送現象に影響を与える。超伝導体の片側にしか強磁性体がついていないことから磁気的環境は非対称であり、それにより対称性の破れに起因した非相反応答が観測された。今年度は、同様の試料構造において、ボルテックスのピン止めが強磁性体の磁気ストライプの方向に依存することに起因した抵抗の異方性の発現を見出した（Sci. Rep. 9 19052 (2019)）。さらに、抵抗の異方性が磁気ストライプの方向の情報をもつこと、磁気抵抗の周期が磁気ストライプのサイズの情報を含むことを利用して、強磁性体の磁気ストライプ情報を超伝導ボルテックスを利用して読み出すことに成功した。この原理は超伝導ボルテックスだけでなく磁気スキルミオンにも適用できると考えられ、トポロジカル物体と強磁性体磁区構造の間の相互作用に由来する新現象を見出した。
以上の結果について、2019年8月に東北大学で開催された放射光学会若手研究会において招待講演を行った。

Research Progress Status

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Electric readout of magnetic stripes in insulators (2019)
  • Author(s): Chen Yao、Shiomi Yuki、Qiu Zhiyong、Niizeki Tomohiko、Umeda Maki、Saitoh Eiji
  • Journal Title: Scientific Reports Volume: 9 Issue: 1 Pages: 19052-19052
  • DOI: 10.1038/s41598-019-55565-1
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Magnetotransport properties of magnetite-hematite composite oxides (2019)
  • Author(s): Nakagawa K.、Asano H.、Miyazaki Y.、Shiomi Y.
  • Journal Title: Journal of Applied Physics Volume: 126 Issue: 18 Pages: 183904-183904
  • DOI: 10.1063/1.5129079
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnon Pairs and Spin-Nematic Correlation in the Spin Seebeck Effect (2019)
  • Author(s): Hirobe Daichi、Sato Masahiro、Hagihala Masato、Shiomi Yuki、Masuda Takatsugu、Saitoh Eiji
  • Journal Title: Physical Review Letters Volume: 123 Issue: 11 Pages: 117202-117202
  • DOI: 10.1103/physrevlett.123.117202
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Enhanced magnetopiezoelectric effect at the Neel temperature in CaMn2Bi2 (2019)
  • Author(s): Shiomi Y.、Koike Y.、Abe N.、Watanabe H.、Arima T.
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 5 Pages: 054424-054424
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.054424
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin Seebeck effect in the layered ferromagnetic insulators CrSiTe3 and CrGeTe3 (2019)
  • Author(s): Ito Naohiro、Kikkawa Takashi、Barker Joseph、Hirobe Daichi、Shiomi Yuki、Saitoh Eiji
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 100 Issue: 6 Pages: 060402-060402
  • DOI: 10.1103/physrevb.100.060402
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Spin Seebeck mechanical force (2019)
  • Author(s): Harii Kazuya、Seo Yong-Jun、Tsutsumi Yasumasa、Chudo Hiroyuki、Oyanagi Koichi、Matsuo Mamoru、Shiomi Yuki、Ono Takahito、Maekawa Sadamichi、Saitoh Eiji
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 10 Issue: 1 Pages: 2616-2616
  • DOI: 10.1038/s41467-019-10625-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Observation of Magnetopiezoelectric Effect in Antiferromagnetic Metal EuMnBi2 (2019)
  • 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
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Magnetotransport properties of γ-FeMn thin films grown by high-temperature sputtering (2018)
  • Author(s): Yuki Shiomi
  • Journal Title: AIP Advances Volume: 8 Issue: 8 Pages: 085018-085018
  • DOI: 10.1063/1.5044594
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Efficient Edelstein effects in one-atom-layer Tl-Pb compound (2018)
  • Author(s): Yuki Shiomi, Keita Yamamoto, Ryosuke Nakanishi, Tomonori Nakamura, Satoru Ichinokura, Ryota Akiyama, Shuji Hasegawa, and Eiji Saitoh
  • Journal Title: Applied Physics Letters Volume: 113 Issue: 5 Pages: 52401-52401
  • DOI: 10.1063/1.5040546
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Nonreciprocal spin Seebeck effect in antiferromagnets (2018)
  • Author(s): Rina Takashima, Yuki Shiomi, and Yukitoshi Motome
  • Journal Title: Phys. Rev. B Volume: 98 Issue: 2
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.020401
  • NAID: 130007649039
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Giant Piezoelectric Response in Superionic Polar Semiconductor (2018)
  • Author(s): Yuki Shiomi, Tomoki Akiba, Hidefumi Takahashi, and Shintaro Ishiwata
  • Journal Title: Adv. Electron. Mater. Volume: 4 Issue: 12 Pages: 1800174-1800174
  • DOI: 10.1002/aelm.201800174
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Spin-current coherence peak in superconductor/magnet junctions (2018)
  • Author(s): Maki Umeda, Yuki Shiomi, Takashi Kikkawa, Tomohiko Niizeki, Jana Lustikova, Saburo Takahashi, and Eiji Saitoh
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 112 Issue: 23 Pages: 232601-232601
  • DOI: 10.1063/1.5027456
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Vortex rectenna powered by environmental fluctuations (2018)
  • Author(s): J. Lustikova, Y. Shiomi, N. Yokoi, N. Kabeya, N. Kimura, K. Ienaga, S. Kaneko, S. Okuma, S. Takahashi, and E. Saitoh
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 9 Issue: 1 Pages: 4922-4922
  • DOI: 10.1038/s41467-018-07352-1
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Spin pumping from nuclear spin waves (2018)
  • Author(s): Yuki Shiomi, Jana Lustikova, Shingo Watanabe, Daichi Hirobe, Saburo Takahashi, and Eiji Saitoh
  • Journal Title: Nature Physics Volume: 15 Issue: 1 Pages: 22-26
  • DOI: 10.1038/s41567-018-0310-x
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 磁性絶縁体｜超伝導量子渦系におけるトポロジカル整流効果 (2019)
  • Author(s): 塩見雄毅
  • Organizer: 日本放射光学会第11回若手研究会
  • Invited
• [Presentation] 低次元トポロジカル物質におけるスピン流現象 (2019)
  • Author(s): 塩見雄毅
  • Organizer: 日本物理学会第７４回年次大会
  • Invited
• [Presentation] Thermal generation of spin current in transition metal trichalcogenides (2018)
  • Author(s): Y. Shiomi
  • Organizer: One-Day Symposium on Spintronic Properties of Graphene and Related 2D Materials
  • Int'l Joint Research / Invited