磁気構造のトポロジー制御による電子機能物性の開拓

2020 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18J20959
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: 藤代 有絵子 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
• Project Period (FY): 2018-04-25 – 2021-03-31
• Keywords: トポロジー / 磁気構造

Outline of Annual Research Achievements

当該年度においては以下の3つの成果についての総まとめ・論文投稿を行った。一つ目は、カイラル磁性体MnGeにおける巨大異常ホール効果の発見である。MnGeの高品質薄膜において強磁場下での電気伝導測定を行い、ヘッジホッグ格子やらせん磁気構造が消失する強磁性転移近傍において、従来の内因的・外因的異常ホール効果では説明のできない巨大な異常ホール効果（ホール伝導度40,000 Ω-1cm-1、ホール角18 %）を観測した。さらに詳しい温度・磁場依存性や膜厚依存性を調査することで、観測されたホール効果が非共面スピン集団の熱励起による新しいスキュー散乱機構によって説明できることを実証した。二つ目は、超高圧合成によるIrSiの新規相の発見である。25 GPa以上の超高圧合成により、これまで報告されていなかったmonoclinic相を発見し、第一原理計算から巨大な表面ラシュバ分裂を示す半金属であることを見出した。一方、理論予測されていたB20型構造は、少なくとも48 GPaまでは出現しないことが明らかになった。3つ目の成果は、磁性ワイル半金属Co3Sn2S2の薄片作製と、高移動度電子・巨大異常ホール効果の観測である。世界に先駆けて化学輸送法を用いた高品質な薄片作製の方法を確立し、バルク結晶にはみられなかった特異な性質を観測した。今後さらに薄い薄片試料の作製を行うことで、高温量子異常ホール効果の実現も期待できる。したがって、本特別研究員の研究進捗状況においては、期待以上の進展があったと考えられる。

Research Progress Status

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和2年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Giant anomalous Hall effect from spin-chirality scattering in a chiral magnet (2021)
  • Author(s): Y. Fujishiro*, N. Kanazawa*, Ryosuke Kurihara, Hiroaki Ishizuka, Tomohiro Hori, Femi Sami Yasin, Xiuzhen Yu, Atsushi Tsukazaki, Masakazu Ichikawa, Masashi Kawasaki, Naoto Nagaosa, Masashi Tokunaga and Y. Tokura
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 12, 317 Pages: 1-6
  • DOI: 10.1038/s41467-020-20384-w
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Monoclinic semimetal IrSi synthesized under high pressure above 25 GPa: crystal structure, electronic and magnetic properties (2020)
  • Author(s): Y. Fujishiro, N. Kanazawa, T. Shinmei, M. Nishi, T. Nakajima, T. Arima, D. Hashizume, M. S. Bahramy, T. Irifune and Y. Tokura
  • Journal Title: Physical Review Materials Volume: 4, 055002 Pages: 1-5
  • DOI: 10.1103/PhysRevMaterials.4.055002
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Topological kagome magnet Co3Sn2S2 thin flakes with high electron mobility and large anomalous Hall effect (2020)
  • Author(s): M. Tanaka*, Y. Fujishiro*, M. Mogi, Y. Kaneko, T. Yokosawa, N. Kanazawa, S. Minami, T. Koretsune, R. Arita, S. Taucha, M. Yamamoto and Y. Tokura
  • Journal Title: Nano Letters Volume: 20, 10 Pages: 7476-7481
  • DOI: 10.1021/acs.nanolett.0c02962
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Giant magneto-optical responses in magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S2 (2020)
  • Author(s): Y. Okamura, S. Minami, Y. Kato, Y. Fujishiro, Y. Kaneko, J. Ikeda, J. Muramoto, R. Kaneko, K. Ueda, V. Kocsis, N. Kanazawa, Y. Taguchi, T. Koretsune, K. Fujiwara, A. Tsukazaki, R. Arita, Y. Tokura and Y. Takahashi
  • Journal Title: Nature Communications Volume: 4619 Pages: 1-8
  • DOI: 10.1038/s41467-020-18470-0
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Presentation] 超高圧合成による新規イリジウムシリコン化合物の開拓とその巨大スピン軌道物性 (2020)
  • Author(s): 藤代有絵子
  • Organizer: 日本物理学会2020年秋季大会
• [Presentation] 磁性ワイル半金属Co3Sn2S2薄片における巨大異常ホール効果と高移動度電子の観測 (2020)
  • Author(s): 藤代有絵子
  • Organizer: 日本物理学会第76回年次大会