2018 Fiscal Year Annual Research Report
３次元ディラック電子系アンチペロブスカイト酸化物における磁気輸送現象
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17J05243
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
末次 祥大 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2017-04-26 – 2020-03-31
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| Keywords | ディラック半金属 / トポロジカル物性 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究の対象物質であるアンチペロブスカイトA3EO(A=Ca,Sr,Ba;E=Sn,Pb)は化学的柔軟性を持った3次元ディラック半金属であることが理論的に予想されており、3次元ディラック電子の制御に有望な物質である。特に我々が注目しているSr3PbOは電気四重極相互作用の影響を受けない核スピン1/2の元素である207Pｂを持つため、核磁気共鳴によってディラック電子の磁性を調べることに適した物質でもある。ディラック電子はバンド間効果を通じて巨大な軌道反磁性を示すことが古くから理論的に知られており、ビスマスのバルク磁化率などから観測されている。しかしながら、バルク磁化率は軌道項やスピン項などの様々な寄与を持つため、軌道磁化率を微視的に分離できているわけではなく実験的な詳細は不明のままであった。磁化率を微視的に分離するには核磁気共鳴が有効な測定手段であるが、核スピン9/2のビスマスでは電気四重極相互作用が大きく、磁性を議論することが難しいという問題もあった。
本研究ではSr3PbOにおける核磁気共鳴測定で得られたナイトシフトのスピン成分とスピン格子緩和率の間にコリンハの関係式と呼ばれる関係があることを利用して両者を比較することで、ナイトシフトからスピン成分と軌道成分が分離できることを見出た。特に、様々なキャリア密度をもった試料の測定から、ディラック電子が現れると予想される領域でのみ巨大な軌道反磁性が生じることを明らかにすることができた。以上の結果はディラック電子の巨大な軌道反磁性の存在を、軌道項を微視的に分離した上で明らかにした初めての結果である。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定していた磁気輸送測定とは異なるが、ディラック電子の従来とは異なった物性の一つである巨大な軌道反磁性の研究を行った。ディラック電子の巨大軌道反磁性はビスマスのバルク磁化率などで観測されてはいたものの、微視的に軌道項を分離したわけではないという問題があった。
本研究では、アンチペロブスカイトSr3PbOが核磁気共鳴を用いて磁化率から軌道項を分離することに適した物質であることに注目して実験を行った。測定で得られたナイトシフトとスピン格子緩和率について、コリンハの関係式を用いて解析することでナイトシフトから軌道項を分離することに初めて成功した。
本研究はディラック電子の巨大軌道反磁性の存在を初めて微視的に明らかにしたものであり、当初の課題とは異なるものの、おおむね順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
核磁気共鳴のナイトシフトは原子核における磁化率に対応する量であり、バルク磁化率とは見え方が異なるため、両者を比較することで微視的な描像を明らかにすることもできる。これまでの核磁気共鳴の研究で明らかにした巨大軌道反磁性についても、バルク磁化率とナイトシフトを比較して解析することで微視的な描像について明らかにするのが一つの課題である。
また、当初の研究目的である磁気輸送測定用の二軸回転プローブを作成中であり、完成後に角度依存磁気輸送測定を行い、カイラル異常に誘起された負の縦磁気抵抗効果やプレイナーホール効果の測定を行う予定である。
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