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Novel spin-mechanic effect in topological nanowires

Publicly Offered Research

Project AreaDiscrete Geometric Analysis for Materials Design
Project/Area Number 20H04631
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionThe 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) 2020-04-01 – 2022-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥7,410,000 (Direct Cost: ¥5,700,000、Indirect Cost: ¥1,710,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,640,000 (Direct Cost: ¥2,800,000、Indirect Cost: ¥840,000)
Keywordsスピンメカニクス / トポロジー / ナノワイヤ / スピントロニクス / 表面状態
Outline of Research at the Start

今まで実験的にほぼ未開拓であったトポロジカル物質の力学応答をスピン物性の観点から明らかにすることを目指す。トポロジカル物質に特有な電磁気物性は近年盛んに研究されているが、力学応答はあまり開拓されていない。本研究では、申請者が開発した柔軟性を有するトポロジカル・ナノワイヤ試料を用いて、スピントロニクスの実験技術を用いて力学応答を開拓する。さらに、曲がった空間のトポロジカル物性の理論的基礎を、数学的・素粒子論的な研究アプローチから解明する。

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、今まで実験的にほぼ未開拓であったトポロジカル物質の力学応答をスピン物性の観点から明らかにすることを目指し、高品質なトポロジカルナノワイヤ試料の合成を行った。これまでトポロジカル物質研究の主流であった三次元的および二次元的物質試料と異なり、申請者が合成を行っているトポロジカル・ナノワイヤ試料は一次元構造で柔軟性を有するため、トポロジカル物質の力学応答を開拓するのに最適である。試料の曲げによるトポロジカル物性の開拓などを通して、トポロジカル・スピンメカニクス分野の開拓を目指した。
昨年度に引き続き、研究の舞台となる高品質なトポロジカルディラック半金属Cd3As2ナノワイヤの作製と評価を進めた。CVD法における合成条件の改善により、直径500-1000nm程度のナノワイヤ試料の合成に成功した。既にCd3As2組成であることは確認していたが、試料の精密評価として追加で共同研究者による詳細なTEM解析を行い、単結晶として成長していること、結晶構造の同定、およびナノワイヤの成長方位を決定した。昨年度は3つのナノワイヤ試料に対して超伝導マグネットを用いて2Kまでの低温で9Tまで印加し磁気抵抗を測定した結果、表面由来の量子振動を観測した。今年度は共同研究先の回転機構付きの超伝導マグネットを利用し、量子振動の磁場角度依存性を調べ、表面由来であることをサポートする結果を得た。この表面状態由来の量子振動は、ナノワイヤ形状では初の観測である。これまでの研究でスピンメカニクス機能を開拓するにふさわしいトポロジカルナノワイヤ試料が得られ、Physical Review Research誌に報告した。一方、曲げ特性を調べるために曲率を持たせた試料の作製は技術的に難航しており試行錯誤を続けている。

Research Progress Status

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report
  • Research Products

    (12 results)

All 2022 2021 2020

All Journal Article (9 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 9 results,  Open Access: 4 results) Presentation (2 results) (of which Invited: 2 results) Book (1 results)

  • [Journal Article] Modulation of spin Seebeck effect by hydrogenation2022

    • Author(s)
      Ogata K.、Kikkawa T.、Saitoh E.、Shiomi Y.
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 120 Issue: 7 Pages: 072405-072405

    • DOI

      10.1063/5.0083012

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Quantum oscillations from Fermi arc surface states in Cd3As2 submicron wires2022

    • Author(s)
      Yu Miyazaki, Tomoyuki Yokouchi, Kiyou Shibata, Yao Chen, Hiroki Arisawa, Teruyasu Mizoguchi, Eiji Saitoh, and Yuki Shiomi
    • Journal Title

      Phys. Rev. Research

      Volume: 4 Issue: 2

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.4.l022002

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Magnon-Photon Coupling in a Spinel Ferrite with Large Gilbert Damping2021

    • Author(s)
      Kosaki Hidetoshi、Umeda Maki、Saitoh Eiji、Shiomi Yuki
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 90 Issue: 8 Pages: 083702-083702

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.083702

    • NAID

      40022647396

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Triplon current generation in solids2021

    • Author(s)
      Yao Chen, Masahiro Sato, Yifei Tang, Yuki Shiomi, Koichi Oyanagi, Takatsugu Masuda, Yusuke Nambu, Masaki Fujita, Eiji Saitoh
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 12 Issue: 1 Pages: 51991-7

    • DOI

      10.1038/s41467-021-25494-7

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Anisotropic magneto-Seebeck effect in the antiferromagnetic semimetal FeGe22021

    • Author(s)
      Hashizume Minori、Yokouchi Tomoyuki、Nakagawa Kurea、Shiomi Yuki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 11 Pages: 115109-115109

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.115109

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Reconfigurable single-material Peltier effect using magnetic-phase junctions2021

    • Author(s)
      Nakagawa Kurea、Yokouchi Tomoyuki、Shiomi Yuki
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 24216-24216

    • DOI

      10.1038/s41598-021-03754-2

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Enhancement of Current-Induced Out-of-Plane Spin Polarization by Heavy-Metal-Impurity Doping in Fe Thin Films2021

    • Author(s)
      Yokouchi T.、Shiomi Y.
    • Journal Title

      Physical Review Applied

      Volume: 16 Issue: 5 Pages: 054001-054001

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.16.054001

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Enhanced Thermopower in the Antiferromagnetic Phase of Mn2-xCrxSb2020

    • Author(s)
      Nakagawa Kurea、Miyazaki Yu、Mitsuishi Natsuki、Sakano Masato、Yokouchi Tomoyuki、Ishizaka Kyoko、Shiomi Yuki
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 89 Issue: 12 Pages: 124601-124601

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.124601

    • NAID

      40022438255

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Large Magneto-piezoelectric Effect in EuMnBi2 Single Crystal at Low Temperatures2020

    • Author(s)
      Yuki Shiomi, Hidetoshi Masuda, Hidefumi Takahashi, Shintaro lshiwata
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 7574-7574

    • DOI

      10.1038/s41598-020-64530-2

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] ディラック半金属Cd3As2ナノワイヤにおける表面状態由来の量子振動2021

    • Author(s)
      塩見雄毅
    • Organizer
      物性研ワークショップ「ナノスケール物性科学の最先端と新展開」(オンライン開催)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体におけるスピン流と電流の変換現象2021

    • Author(s)
      塩見雄毅
    • Organizer
      有機エレ材研(JOEM)第245回研究会「トポロジカル絶縁体」(オンライン開催)
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
    • Invited
  • [Book] スピントロニクスの基礎と応用 理論、モデル、デバイス2021

    • Author(s)
      Tomasz Blachowicz、Andrea Ehrmann、塩見 雄毅
    • Total Pages
      336
    • Publisher
      講談社
    • ISBN
      9784065240922
    • Related Report
      2021 Annual Research Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2022-12-28  

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