2021 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 / 異常ホール効果 / 磁気メモリ / 電流書き込み / スピン軌道トルク / ピエゾ磁気効果 / 量子スピンアイス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
THz帯の超高速応答が可能な情報担体として、巨大な異常ホール効果を示すワイル反強磁性体Mn3Snが注目されている。ここでは、反強磁性秩序の電気的な制御を目指して、高品質なMn3Sn エピタキシャル薄膜を作製し、エピタキシャル歪みにより膜面垂直方向にのみ自由度を持つ反強磁性秩序（垂直2 値状態）を実現した。このMn3Sn 層と重金属層との多層膜からなる反転素子を作製し、書き込み電流によるホール電圧の変化を室温で測定した結果、14 MA/cm2程度の書き込み電流によって、素子が出力する信号を100 % 反転可能であることを確認した。本結果は、省電力・信頼性の高い記録技術として磁気メモリで用いられる電流による「垂直磁気記録」が反強磁性体で可能であることを実証した初めての例である。次に、外場としては磁場や電場（電流）に加えて本研究では歪みに着目した。純良なMn3Sn 単結晶試料に引張方向と圧縮方向へ一軸性の歪みを高精度、かつ、幅広い範囲で加えることが可能な圧電歪みステージを開発し、歪みによる異常ホール信号の変化を測定した。その結果、Mn3Sn が0.1%程度の非常に小さな歪みでピエゾ磁気効果を示すことを発見した。ホール信号は大きさのみならず符号まで反転することから、Mn3Sn では他の磁性体と比べて非常に高効率に歪みにより信号を制御できることが明らかになった。最後にパイロクロア格子を持つPr2Zr2O7 の純良化に成功し、高精度な超音波、磁歪、熱膨張測定を数十mK の極低温度まで実施した結果、スピンと軌道の量子もつれによるスピン軌道ダイナミクスが量子スピンアイス状態を安定化させていることを発見した。この量子スピンアイス状態は、電気モノポール、磁気モノポールと等価な準粒子が固体の中で安定化しているトポロジカルに新しい状態であり、量子もつれの実験的制御を調べるうえで恰好の舞台となる。
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| Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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| 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。
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Research Products
(36 results)
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[Journal Article] Observation of a critical charge mode in a strange metal2023
Author(s)
Kobayashi Hisao、Sakaguchi Yui、Kitagawa Hayato、Oura Momoko、Ikeda Shugo、Kuga Kentaro、Suzuki Shintaro、Nakatsuji Satoru、Masuda Ryo、Kobayashi Yasuhiro、Seto Makoto、Yoda Yoshitaka、Tamasaku Kenji、Komijani Yashar、Chandra Premala、Coleman Piers
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Journal Title
Science
Volume: 379
Pages: 908～912
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Spin - orbital liquid state and liquid - gas metamagnetic transition on a pyrochlore lattice2022
Author(s)
N. Tang, Y. Gritsenko, K. Kimura, S. Bhattacharjee, A. Sakai, M. Fu, H. Takeda, H. Man, K. Sugawara, Y. Matsumoto, Y. Shimura, J. Wen, C. Broholm, H. Sawa, M. Takigawa, T. Sakakibara, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, R. Moessner, S. Nakatsuji
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Journal Title
Nature Physics
Volume: 19
Pages: 92～98
DOI
Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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