Novel transport phenomena of strongly spin-orbit coupled electrons controlled through magnetic ions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19H01839
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Tokyo Metropolitan University
• Principal Investigator: AOKI Yuji 東京都立大学, 理学研究科, 教授 (20231772)
• Project Period (FY): 2019-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: スピン軌道結合 / ディラック電子 / ワイル電子 / 巨大磁気抵抗 / 巨大反磁性 / カイラル結晶構造

Outline of Final Research Achievements

Novel topological electronic states have been revealed in which itinerant strongly spin-orbital-coupled electrons interact with magnetic ions in crystals, leading to peculiar electronic transport phenomena and magnetism. In the layered compound Eu3F4Bi2S4, we found an anomalous power-law temperature dependence of the electrical resistivity and a large negative magnetoresistance caused by the coupling with Eu magnetic moments, which cannot be explained by the conventional weak localization mechanism. We have also extended our research work to materials that have chiral structures or multi-layered shell clusters in the crystal structures, and have succeeded in finding several new topological electronic properties that reflect the unique crystal symmetries.

Free Research Field

電子物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究で実施した物性探索により、スピン軌道強結合電子が関与する多彩なトポロジカル電子状態を新たに見出すことができた。特に、層状化合物Eu3F4Bi2S4で観測された特異な伝導現象は、非従来型の局在効果の存在を示唆している。この現象は、基礎科学として重要であるのみならず、磁性イオンが持つ磁気モーメントの向きに敏感であり、巨大磁気抵抗効果として電子伝導を制御することができることから、新規スピントロニクス素子や、次世代量子情報処理の基盤技術につながる可能性がある。