Magnetoresistance of itinerant antiferromagnetic BaMn2Pn2

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04304
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 谷垣 勝己 東北大学, 材料科学高等研究所, 教授 (60305612)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2020-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2019)
• Budget Amount: ¥8,710,000 (Direct Cost: ¥6,700,000、Indirect Cost: ¥2,010,000); Fiscal Year 2019: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2018: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
• Keywords: 磁性 / 伝導 / 電気磁気効果 / 時間空間対称性 / 巨大磁気抵抗 / 反強磁性物質 / 遍歴電子系 / 反強磁性相互作用 / 負の巨大磁気抵抗効果 / スピン軌道相互作用 / pd混成相互作用 / ナノ材料 / 反強磁性 / 電子物性 / 物性基礎論

Outline of Annual Research Achievements

物理量として電場の一次応答である電流と磁場の一次応答である磁気が交差して結びつく効果は、電気磁気（ME)効果として知られている。物質の伝導と磁性を、広義の立場では多極子という概念で統一的に理解する研究が、新学術研究領域J-physicsである。本研究では、空間反転対称性（SI)と時間反転対称性（TR)が同時に破れている（空間パリティ-時間対称性（PT)が保存されている）遍歴反強磁性物質であるBaMn2Pn2 (Pn: As,Sb,Bi)に対して系統的な物性研究を遂行し、BMPnが正負両極性の新規な巨大磁気抵抗(GMR)効果を示す実験事実を見出した。観測されるGMRは、BaMn2Pn2 (Pn: As,Sb,Bi)物質群において、共通の物性として観測され、ニクトゲン元素（Pn: As,Sb,Bi）の置換に対して系統的に変化する。実験の重要な帰結は、(1)GMRは、磁場を付与する事により低温の絶縁体相から高温の金属相に戻るリエントラントな絶縁体-金属転移現象である。(2)新しく観測されたGMRは、Pn元素のスピン軌道相互作用が大きくなる順にスケールされる。(3)GMRの異方性は従来のGMRでは見られない特殊な対称性である、事である。観測されたGMRは、PT対称性のために顕在化する波動の干渉による電子局在が、磁場による時間反転対称性の破れのためにその局在性が弱くなり、金属状態が生じたものであると理解される。遍歴反強磁性体BaMn2Pn2(Pn：As,Sb,Bi)に関する研究は、PT対称性を有する遍歴反強磁性体に関する新しい物性研究としての発展が期待される。

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

• [Int'l Joint Research] Jozef Stefan Institute(スロベニア)
• [Journal Article] Separate tuning of nematicity and spin fluctuations to unravel the origin of superconductivity in FeS (2020)
  • Author(s): S.-H. Baek,, J. M. Ok, J. S. Kim, S. Aswartham,I. Morozov, D. Chareev, T. Urata, K. Tanigaki, Y. Tanabe, B. Buchner, D. V. Efremov
  • Journal Title: NPJ Quantum Materials Volume: 5 Issue: 1 Pages: 8-8
  • DOI: 10.1038/s41535-020-0211-y
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Negative and positive magnetoresistance in the itinerant antiferromagnet BaMn2Pn2 (Pn = P, As, Sb, and Bi) (2019)
  • Author(s): Huynh Kim-Khuong、Ogasawara Takuma、Kitahara Keita、Tanabe Yoichi、Matsushita Stephane Yu、Tahara Time、Kida Takanori、Hagiwara Masayuki、Arcon Denis、Tanigaki Katsumi
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 99 Issue: 19 Pages: 195111-1
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.195111
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Ultrathin films of three-dimensional topological insulators by vapor-phase epitaxy: Surface dominant transport in a wide temperature range as revealed by measurements of the Seebeck (2019)
  • Author(s): Matsushita Stephane Yu, Huynh Kim-Khuong, Tanigaki Katsumi
  • Journal Title: Phys. Rev. B 99, 195302 (2019 Volume: 99 Issue: 19 Pages: 195302-195302
  • DOI: 10.1103/physrevb.99.195302
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Separation in the Roles of Carrier Transport and Light Emission in Light-Emitting Organic Transistors with a Bilayer Configuration (2019)
  • Author(s): Hui Shang, Hidekazu Shimotani,Thangavel Kanagasekaran, Katsumi Tanigaki
  • Journal Title: ACS Appl. Mater. Interfaces Volume: 11 Issue: 22 Pages: 20200-20204
  • DOI: 10.1021/acsami.9b02298
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Quantum Hall effect of Dirac surface states of as-grown single crystal flakes in Sn0.02- Bi1.08Sb0.9Te2S without gate control (2019)
  • Author(s): Ichimura Kakeru, Matsushita Stephane Yu, Huynh Kim-Khuong, Tanigaki Katsumi
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. 115, 052104 (2019). Volume: 115 Issue: 5 Pages: 052104-052104
  • DOI: 10.1063/1.5112120
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Increased Curie temperature and enhanced perpendicular magneto anisotropy of Cr2Ge2Te6/NiO heterostructures (2019)
  • Author(s): H. Idzuchi, A. E. Llacsahuanga Allcca, X. C. Pan, K. Tanigaki, and Y. P. Chen
  • Journal Title: Appl. Phys. Lett. Volume: 115 Issue: 23 Pages: 232403-232403
  • DOI: 10.1063/1.5130930
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Three-dimensional porous graphene networks expand graphene-based electronic device applications (2018)
  • Author(s): Yoshikazu Ito, Yoichi Tanabe, Katsuaki Sugawara, Mikito Koshino , Takashi Takahashi, Katsumi Tanigaki, Hideo Aoki, Mingwei Chen
  • Journal Title: Physical Chemistry Chemical Physics Volume: 20 Pages: 6024-6033
  • NAID: 120007134239
• [Journal Article] Carrier-doped aromatic hydrocarbons: a new platform in condensed matter chemistry and physics (2018)
  • Author(s): satoshi heguri, katsumi tanigaki
  • Journal Title: dalton transactions Volume: 47 Issue: 9 Pages: 2881-2895
  • DOI: 10.1039/c7dt03745g
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Manifestation of vibronic dynamics in infrared spectra of Mott insulating fullerides (2018)
  • Author(s): Yuki Matsuda, Naoya Iwahara, Katsumi Tanigaki, Liviu F. Chibotaru
  • Journal Title: Physical Review B Volume: 98 Issue: 16
  • DOI: 10.1103/physrevb.98.165410
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Presentation] 炭素系分子超伝導体の構造と物性 (2020)
  • Author(s): 谷垣勝己
  • Organizer: つくば-柏-本郷 超伝導かけはしプロジェクト ワークショップ
• [Presentation] 有機半導体レーザ：レーザ発振とASE (2020)
  • Author(s): 谷垣 勝己、三浦 大輝、下谷 秀和
  • Organizer: 第67回応用物理学会春季学術講演会
• [Presentation] 2次元磁性体Cr2Ge2Te6界面の誘起する強磁性転移温度上昇 (2020)
  • Author(s): 井土 宏、Llacsahuanga Allcca Andres 、Pan Xing-chen、谷垣 勝己、Chen Yong P
  • Organizer: 第67回応用物理学会公演会
• [Presentation] 有機半導体レーザ：レーザ発振とASE (2020)
  • Author(s): 谷垣勝己, カナガセカラン サンガベル, 三浦大輝, 下谷秀和
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] 熱電係数によるSn0.02-Bi1.08Sb0.9Te2S表面状態の散乱機構の解明 (2020)
  • Author(s): 松下ステファン悠, 市村翔, 永田一将, Kim-Kuong Huynh, 谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会第75回年次大会
• [Presentation] Electron-phonon and electron-electron interactions in electron doped aromatic carbon materials viewed from electrical transport (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki
  • Organizer: Study of matter at Extreme Condition (SMEC2019)
• [Presentation] A new concept of electrode for higly efficient ambipolar carrier injection in organic semiconductors (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki
  • Organizer: 2019 MRS Spring Meeting & Exhibit
• [Presentation] High Quality Single Crystal Thin Films of Three-Dimensional Topological Insulators and Applications (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki
  • Organizer: AIMR Workshop on Quantum Materials and Spintronics: Spin, Topology and Superconductivity
• [Presentation] BaMn2Pn2 (Pn=As, Sb and Bi)における磁場誘起による電荷融解 (2019)
  • Author(s): 谷垣 勝己
  • Organizer: J-Physics地域研究会 - 札幌
• [Presentation] 高品質3次元トポロジカル絶縁体の合成と応用 (2019)
  • Author(s): 谷垣 勝己
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 電界駆動有機半導体レーザ：帰還分布型FETにおける光励起と電流励起の比較 (2019)
  • Author(s): 谷垣勝己、カナガセカラン サンガベル、三浦大輝、下谷秀和
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Sn-Bi1.1Sb0.9Te2Sにおける表面ディラック電子による量子ホール効果とゼーベック係数 (2019)
  • Author(s): 松下ステファン悠, 市村翔, 永田一将, Kim-Kuong Huynh, 谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] BaMn2Bi2における面間輸送特性 (2019)
  • Author(s): 小笠原拓磨, Huynh Kim-Khuong, 松下ステファン悠, 田原大夢, 木田孝則, 萩原政幸, 谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] Negative and postive magnetoresistance in BaMn2Pn2 antiferromagnets (2019)
  • Author(s): K.-Khuong Huynh, T. Ogasawara, Stephane Yu Matsushita, T. Tahara, T. Kida, M. Hagiwara, K. Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会2019年秋季大会
• [Presentation] 有機半導体レーザ：光励起と電流励起 (2019)
  • Author(s): 谷垣 勝己、カナガセカラン サンガベル、三浦 大輝、下谷 秀和
  • Organizer: 第80回応用物理学会秋季学術講演会
• [Presentation] 電流駆動有機半導体レーザの実現に向けて (2019)
  • Author(s): 谷垣勝己
  • Organizer: 薄膜材料デバイス研究会 第16回研究集会「新時代に向けた薄膜材料のデバイス技術」
• [Presentation] Thermoelectric Materials with Large Anharmonic Phonons (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki and Jiazhen Wu
  • Organizer: 2019 MRS Fall Meeting & Exhibit
• [Presentation] Single Crystal Thin Films of Three-Dimensional Topological Insulators via Non-catalytic Vapor Phase Epitaxial Crystal Growth and Applications (2019)
  • Author(s): K. Tanigaki, S. Y. Matsushita, Y. Tanabe, K. K. Khuong
  • Organizer: MRS-J MATERIALS RESEARCHMEETING 2019
• [Presentation] Electron-Phonon and Electron-Electron Interactions in Electron Doped Aromatic Carbon Materials viewed from Electrical transport (2019)
  • Author(s): K. Tanigaki, S. Heguri, Y. Matsuda
  • Organizer: MRS-J MATERIALS RESEARCHMEETING 2019（招待講演）
• [Presentation] Development of Organic-semiconductor injection laser (2019)
  • Author(s): Hidekazu SHIMOTANI, Kanagasekaran THANGAVEL, Shun ONUKI, Taiki MIURA, Katsumi TANIGAKI
  • Organizer: MRS-J MATERIALS RESEARCHMEETING 2019
• [Presentation] Itinerant antiferromagnetic BaMn2Pn2 showing both negative and positive large magnetoresistance (2019)
  • Author(s): Khuong Huynh,Takuma Ogasawara, Stephane Yu Matsushita, Taimu Tahara, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Denis Arcon, Katsumi Tanigaki
  • Organizer: J-physics International Workshop University of Otago (Danieden, New Zealand)
• [Presentation] Giant magnetoresistance in BaMn2Pn2 (Pn = As, Sb, Bi) (2019)
  • Author(s): Khuong Huynh,Takuma Ogasawara, Stephane Yu Matsushita, Taimu Tahara, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Denis Arcon, Katsumi Tanigaki
  • Organizer: APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
• [Presentation] Hall effects in giant magnetoresistance system BaMn2Bi2 (2019)
  • Author(s): Takuma Ogasawara, Khuong Huynh, Stephane Yu Matsushita, Taimu Tahara, Takanori Kida, Masayuki Hagiwara, Denis Arcon, Katsumi Tanigaki
  • Organizer: APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
• [Presentation] A new concept of electrodes for ambipolar carrier injection in organic semiconductors (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki, Thangavel Kanagasekaran, Syun Onuki, Taiki Miura, Hidekazu Shimotani
  • Organizer: APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
• [Presentation] Comparative studies on fluorescent emission of organic semiconductors between optical and electrical pumping (2019)
  • Author(s): Taiki Miura, Thangavel Kanagasekaran, Hidekazu Shimotani, Syun Onuki, Katsumi Tanigaki
  • Organizer: APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
• [Presentation] Seebeck effect in 3D topological insulator thin films (2019)
  • Author(s): Stephane Yu Matsushita, Khuong Huynh, Katsumi Tanigaki
  • Organizer: APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
• [Presentation] Manifestation of vibronic dynamics in infrared spectra of Mott insulating fullerides (2019)
  • Author(s): Naoya Iwahara, Yuki Matsuda, Katsumi Tanigaki
  • Organizer: APS March Meeting 2019, Boston Convention and Exhibition Center (Boston, USA)
• [Presentation] 有機半導体レーザ発振における電流励起と光励起の相関 (2019)
  • Author(s): 谷垣 勝己、カナガセカラン サンガベル、下谷 秀和、小貫 駿、三浦 大輝
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会、東京工業大学（東京)
• [Presentation] FET構造による電流注入型有機半導体DFBレーザー (2019)
  • Author(s): 下谷 秀和、カナガセカラン サンガベル、小貫 駿、三浦 大輝、谷垣 勝己
  • Organizer: 応用物理学会春季学術講演会、東京工業大学（東京）
• [Presentation] 電流注入型有機半導体DFBレーザー (2019)
  • Author(s): 下谷秀和、カナガセカランサンガベル、小貫駿、三浦大輝、谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会、九州大学（福岡市）
• [Presentation] 窒素ドープした3次元ナノ多孔質グラフェンの輸送特性 (2019)
  • Author(s): 田邉洋一、伊藤良一、谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会、九州大学（福岡市）
• [Presentation] 有機半導体レーザ発振における電流励起と光励起の相関 (2019)
  • Author(s): 谷垣勝己、サンガベルカナガセカラン、下谷秀和、小貫駿、三浦大輝
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会、九州大学（福岡市）
• [Presentation] 3次元トポロジカル絶縁体Sn-BiSｂTe2Sの電子輸送特性 (2019)
  • Author(s): 市村翔、松下ステファン悠、永田一秀、谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会第74回年次大会、九州大学（福岡市）
• [Presentation] Preparation of 3D topological insulator thin films by vapor phase epitaxial growth and its application to thermoelectrics (2019)
  • Author(s): K. Tanigaki
  • Organizer: The Second International Workshop Emergent Condensed-Matter Physics (ECPM2019), HigashiHiroshimArt and Culture Hall Sakura (東広島芸術文化ホールさくら)（東広島市）
• [Presentation] Single crystal thin films of three-dimensional topological insulators via non-catalytic vapor phase epitaxial crystal growth (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki (Key Note Speaker)
  • Organizer: Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2019), Conference Center, Celebrity Equinox (Miami, USA)
• [Presentation] Electron-phonon and electron-electron interactions in electron doped aromatic carbon materials viewed from electrical transport (2019)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki (Invited)
  • Organizer: Study of Matter at Extreme Conditions (SMEC2019), Conference Center, Celebrity Equinox (Miami, USA)
• [Presentation] A new concept of electrodes for ambipolar carrier injection in organic semiconductors (2018)
  • Author(s): Katsumi Tanigaki, Thangavel Kanagasekaran, Hidekazu Shimotani
  • Organizer: E‐MRS 2018 Spring Meeting, Strasbourg Convention Centre (Strasbourg, France)
• [Presentation] Interplay between electron-phonon and electron-electron interactions in electron doped aromatic carbon materials viewed from electrical transport probe (2018)
  • Author(s): K. Tanigaki, S. Heguri, Y. Matsuda
  • Organizer: 12th International Conference on Materials and Mechanisms of Superconductivity and High Temperature Superconductors (M2S HTSC 2018), Beijing International Convention Center (Beijing, China)
• [Presentation] 有機半導体の進展： 現状と将来 (まとめと今後の展望) (2018)
  • Author(s): 谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] Bi2-xSbxTe3-ySey薄膜の熱電特性：電界効果を用いたフェルミ準位の制御とその影響 (2018)
  • Author(s): 松下ステファン悠、Khuong Kim Huynh、田邉洋一、谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] 3次元トポロジカル絶縁体Sn0.02Bi1.08Sb0.9Te2Sの電子輸送特性：電気抵抗、ホール抵抗、磁気抵抗及びゼーベック係数の複合測定 (2018)
  • Author(s): 市村翔、松下ステファン悠, 谷垣勝己
  • Organizer: 日本物理学2018年秋季大会、同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] BaMn2Bi2におけるホール抵抗の面内磁場依存性 (2018)
  • Author(s): 小笠原拓磨、Khuong Kim Huynh、谷垣勝己、松下ステファン悠、田原大夢、木田孝則、萩原正幸
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] Giant magnetoresistance in magnetic multipolar BaMn2Pn2 (Pn = As, Sb, Bi) (2018)
  • Author(s): K.-Khuong Huynh, T. Ogasawara, T. Tahara, T. Kida, M. Hagiwara, K. Tanigaki
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会, 同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] 電気輸送および磁気特性からみたモット絶縁体領域のA3C60超電導体の電子状態 (2018)
  • Author(s): 谷垣勝己、平郡諭、松田祐貴
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] 電流駆動有機半導体レーザの構造と物性 (2018)
  • Author(s): 谷垣勝己、下谷秀和、Thangavel Kanagasekaran、小貫駿、三浦大輝
  • Organizer: 日本物理学会2018年秋季大会、同志社大学（京田辺市）
• [Presentation] 電気輸送特性からみたA3C60のモット境界における電子状態 (2018)
  • Author(s): 谷垣 勝己、松田 祐貴、平郡 諭
  • Organizer: 第55回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム、東北大学（仙台市）
• [Presentation] 電流励起と光励起有機半導体レーザーの比較 (2018)
  • Author(s): 下谷 秀和、カナガセカラン サンガベル、小貫 駿、三浦 大輝、谷垣 勝己
  • Organizer: 第79回応用物理学会秋季学術講演会、名古屋国際会議場（名古屋市）
• [Remarks] ナノ固体物理研究室
  • URL: http://sspns.phys.tohoku.ac.jp/