Odd-parity multipole effects for antiferromagnetic magnon spin currents

• Project Area: J-Physics: Physics of conductive multipole systems
• Project/Area Number: 18H04311
• 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: ¥8,450,000 (Direct Cost: ¥6,500,000、Indirect Cost: ¥1,950,000); Fiscal Year 2019: ¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000); Fiscal Year 2018: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
• Keywords: 磁気圧電効果 / 奇パリティ多極子 / 磁性金属 / 対称性の破れ / 反強磁性体 / 電気磁気効果 / スピン流 / スピントロニクス / 熱流

Outline of Annual Research Achievements

スピントロニクスの観点から磁性体における奇パリティ多極子効果の開拓を目指す本研究では、新しい奇パリティ多極子効果である磁気圧電効果の発見に成功したことを契機に、この現象の理解を目指して集中的な研究を行ってきた。
磁気圧電効果は、空間反転対称性と時間反転対称性が両方破れた磁性金属において、AC電流を印加するとAC歪みが生じる現象である。AC歪みはAC電流と同じ周波数に現れ、低温クライオスタット内に設置した試料に対してレーザードップラー振動計を用いた動的歪み計測を適用することで、低温での実験を行った。今年度は、昨年度磁気圧電効果の観測に成功したEuMnBi2試料において、液体ヘリウム温度までの低温領域まで測定温度を拡張した。結果として、低温に向かって磁気圧電効果の信号は大きくなり、低温における圧電効果としての効率は、従来の圧電材料に匹敵することがわかった（論文投稿中）。Euの磁気モーメントの影響により、信号が大きくなっていると考えられる。さらに、別の物質として、本新学術領域の研究者ネットワークを生かして、CaMn2Bi2試料の提供を受け、磁気圧電効果の実験を行った。結果として、CaMn2Bi2においても明瞭な磁気圧電効果の信号を観測し、その大きさがEuMnBi2と同程度であることを明らかにした（Y. Shiomi et al. Phys. Rev. B 100 054424 (2019)）。CaMn2Bi2の磁気転移点は約150Kと詳細な研究がしやすい温度であることを利用し、特に興味深い点として、磁気転移点付近で磁気圧電効果信号の大きさが増大することを見出した。これは磁気体積効果などの遍歴磁性体特有の効果が関係していると考えている。以上により、磁気圧電効果の系統的測定により、いくつかの新しい重要な性質を明らかにした。

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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] Observation of a magnetopiezoelectric effect in the antiferromagnetic metal EuMnBi2 (2019)
  • Author(s): Yuki Shiomi
  • Organizer: J-Physics 2019 International Conference
  • Int'l Joint Research / 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): Yuki Shiomi
  • Organizer: One-Day Symposium on Spintronic Properties of Graphene and Related 2D Materials
  • Int'l Joint Research / Invited