2020 Fiscal Year Annual Research Report
Experimental study of topological phases in strongly correlated system
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19H00650
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
中辻 知 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 教授 (70362431)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
松永 隆佑 東京大学, 物性研究所, 准教授 (50615309)
是常 隆 東北大学, 理学研究科, 准教授 (90391953)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | トポロジー / ワイル半金属 / 磁気光学カー効果 / 磁気光学カー効果 / 異常ネルンスト効果 / 異常ホール効果 / フラストレート磁性 / ラッティンジャー半金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
カイラル反強磁性体Mn3X (X = Sn,Ge) におけるワイルフェルミオンの検証を多角的におこなった。本研究ではこれまで報告していたMn3X 系の巨大異常ホール効果および異常ネルンスト効果の結果に最新の研究結果を新たに加え、包括的なワイルフェルミオンの物理を確立した。特に、Mn3Geは0.3 K までカイラル磁気秩序状態を保つため、磁気揺らぎが抑えられた十分低温の領域においてワイルフェルミオンに由来する物理を研究することが可能である。Mn3Ge におけるカイラル異常やMn3Sn におけるプラナーホール効果等の磁気輸送特性の発見はこれらの物質中でワイルフェルミオンが存在することを示している。また、白金、タングステンを用いた2層の薄膜デバイスを作成し、電流印加によるスピン軌道トルクにより、ワイル半金属状態のスイッチングに成功した。
次に、トポロジカル磁性体における巨大横熱電係数をFe3X(X = Ga, Al) 系において見出した。室温で過去最大値に匹敵する巨大異常ネルンスト効果を示し、また100 ℃の高温から-100 ℃の低温まで高い性能を維持する。さらに、厚さ数十ナノメートルのFe3Al,Fe3Ga の薄膜作製にも成功し、ゼロ磁場で世界最高の異常ネルンスト係数を示すことを示した。第一原理計算との比較から、本研究で発見された巨大な異常ネルンスト効果は、ノーダルウェブというトポロジカルなバンド構造に由来していることが明らかになった。異常ネルンスト効果の増強にはベリー曲率と状態密度を同時に大きくすることが重要であり、ノーダルウェブはまさにそのような条件を満たしている。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
鉄を用いた二元系において、世界最大級の大きな磁気熱電効果を発見したことは、非常に意義深い。特に、この発見は物理的に興味深いだけでなく、応用上も大変重要である。すなわち従来のゼーベック効果を用いた熱電技術が不得手であった薄膜化・フレキシブル化・大面積化に利があり、効率的な熱電変換を可能にするポテンシャルを秘めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
１）ワイル反強磁性体Mn3Sn
この系はワイル反強磁性体であることが分かっているが、ワイル点が磁気相転移を経て、どのように生成・消失するのかをフェルミレベル依存性と温度依存性から調べる。特に、ワイル点の存在によりカイラル異常が明瞭に表れることもはっきりしてきた。このことをさらに実験的に様々なMn組成や温度での測定をするめることで、ワイル半金属性の現れる相図を作成する。これにより磁気構造とワイル半金属性との関係を解明する。
２）トポロジカル磁性体Fe3Al
ノーダルラインセミメタルとして知られる我々の開発したFe3X(X=Ga,Al)については、その巨大な電気磁気効果の発現の起源を調べるために、フェルミレベルのチューニングを行う。また、純良薄膜作成によりTHz分光の実験を進め、ノーダルラインセミメタルとスピン軌道効果によるギャップ生成の機構を明らかにする。
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[Journal Article] Many-Body Resonance in a Correlated Topological Kagome Antiferromagnet2020
Author(s)
Zhang Songtian Sonia、Yin Jia-Xin、Ikhlas Muhammad、Tien Hung-Ju、Wang Rui、Shumiya Nana、Chang Guoqing、Tsirkin Stepan?S.、Shi Youguo、Yi Changjiang、Guguchia Zurab、Li Hang、Wang Wenhong、Chang Tay-Rong、Wang Ziqiang、Yang Yi-feng、Neupert Titus、Nakatsuji Satoru、Hasan M. Zahid
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Journal Title
Physical Review Letters
Volume: 125
Pages: 046401-1~6
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Fe3X (X = Ga, Al) における室温巨大異常ネルンスト効果2020
Author(s)
酒井明人, 見波将, 是常隆, Taishi Chen, 肥後友也, Yangming Wang, 野本拓也, 平山元昭, 三輪真嗣, 浜根大輔, 石井史之, 有田亮太郎, 中辻知
Organizer
日本物理学会 2020年秋季大会
Int'l Joint Research
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