Publicly Offered Research
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
We develop a novel data storage device, which can be controlled and read out electronically. In spiral magnets with high crystal symmetry, quantum spins form a periodic wave. The wave direction can be rotated by electrical currents and be detected via electronic anisotropy (planar Hall effect).
2022年度には、代表的なヘリ磁性金属であるGd3Ru4Al12とGdAlSiにおいて、異方性磁気抵抗効果（AMR）を実現しました。前者の化合物は中心対称な六方晶合金であり、後者は正方晶のc軸に沿った極軸を持ちます。我々は、フォトンファクトリーおよびSPring-8放射光施設（日本）での詳細な共鳴X線弾性散乱実験により、両材料における適切なスクリュー磁気秩序を確認しました。これらの実験から、GdAlSiでは、正しいスクリュー状態がサイクロイド秩序と競合していることを発見しました。この意味で、このような金属ヘリ磁性体は、マルチフェロイック物質の伝導類似体です。らせん磁性秩序ベクトルQが磁場中で回転することによって生じるAMRは、両材料で同程度の大きさであり、全抵抗値の10%程度です。この大きさは、このような材料から情報を読み出すことが可能であることを示唆しています。さらに、GdAlSiとGd3Ru4Al12のホールバーデバイスを、集束イオンビーム切断法により作製しました。その結果、10×2マイクロメートルの大きさのデバイスの実現に成功しました。このデバイスは、バルク単結晶の輸送特性をよく再現しています。デバイス加工では、理化学研究所創発物性科学研究センターの研究者と緊密に連携しました。バルクの挙動を再現する電子輸送測定に加え、電流パルスによるQのスイッチングの試みも開始しました。磁場Bと電流Iの組み合わせにより、準安定状態から出発してこの効果を部分的に実現しました。しかし、可逆的なスイッチングを実現するためには、電流と磁気秩序の相互制御、2つの安定状態間の遷移を実現することが今後の研究課題です。
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
研究は予定通り進んでいます。しかし、最も難易度の高いテーマがこの来年度に控えています。例えば、磁気螺旋の電流誘起制御や角度依存熱電測定などは、実験技術的には2022年度の成果よりも難しいと考えられます。2022年度は新しい研究室の立ち上げに力を注いだので、順調に進み、東京大学学士課程の学生との共同研究を継続する予定です。
次年度は、JSPSのご厚意により、さらに多くの課題を目標にしたいと思います。まず、バルク試料については、Qを再編成したときの電子構造の変化をより深く理解するために、異方性サーモパワー（平面ネルンスト効果）の測定を提案しました。我々は、バルク試料を用いたこれらの実験を開始し、現在、ゼロ磁場でのキャリブレーションデータを記録しています。次に、試料を回転ステージに取り付け、回転磁場中での熱電測定を目指します。第二に、Gd3Ru4Al12とGdAlSiの小さなラメラの測定技術の向上を目指し、特に電流パルスによるQのスイッチングを対象とします。特に、電流パルスによるQのスイッチングをターゲットとし、磁場と電流方向の様々な組み合わせで、ベース温度での広範なデータを収集する予定です。その後、これらのヘリマジネットの秩序化温度に近いスイッチング過程の探索を目指します。第三に、層状物質、いわゆるファンデルワールス化合物におけるヘリ磁性の発見は、私たちにとって重要な課題です。新しい材料を見つけ、回折技術によってらせん磁性秩序を検出することを期待しています。
All 2023 2022 Other
All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (4 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results, Peer Reviewed: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 5 results) Remarks (1 results)
Physical Review B
Volume: 107 Issue: 2 Pages: 024405-024405
10.1103/physrevb.107.024405
Physical Review Letters
Volume: 130 Issue: 13 Pages: 136701-136701
10.1103/physrevlett.130.136701
Volume: 106 Issue: 21 Pages: 214425-214425
10.1103/physrevb.106.214425
Journal of the American Chemical Society
Volume: 144 Issue: 37 Pages: 16866-16871
10.1021/jacs.2c04995
https://www.qpec.t.u-tokyo.ac.jp/hirschberger/
