2020 Fiscal Year Annual Research Report
Study of the mechanism of current-induced magnetism and the enhancement of the effect by strong electron correlation
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19H02583
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
古川 哲也 東北大学, 金属材料研究所, 助教 (10756373)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 電流誘起磁性 / 電気磁気効果 / スピン軌道相互作用 / 空間反転対称性の破れ / 強相関電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
１）単体Teにおける電流誘起磁性が、結晶のカイラリティに依存して符号を変えること、及び、核磁気共鳴で観測された電流誘起シフトが、高次の電気磁気効果ではなく、電流誘起磁化によるものであることを磁場反転実験により実証した成果を、オープンアクセス誌であるPhysical Review Research誌に掲載することができた。
２)単体Teにおける電流誘起磁性について、電流方向、局所的な磁化構造、および超微細磁場の関係を整理することができた。これまでの研究から、単体Teはカイラルな結晶点群に属することに起因し、巨視的応答としての電流誘起磁性については、電流と磁化が平行になりえることがわかっている。一方で結晶全体でなく局所的な磁気構造、あるいはその磁気構造のもとでの超微細磁場についての考察はなかったため、今回我々はその考察を行い、Teにおいてはc軸電流印加によって、c軸に垂直でかつユニットセル内で３つのTe原子によって打ち消されるような局所磁化が生じる可能性を見出した。実際に電流をc軸に印加し、磁場を垂直に印加した状況での電流印加下NMR測定を行い、電流印加によるシフトが観測された。これは電流によって一様でない局所磁気構造が生じている可能性を示唆するものであり、今後さらなる追求が期待される。
３）ドープされた単体Teにおける電流誘起磁性を調べた。Teはキャメルバック型と呼ばれるバンド構造を持つため、キャリア密度が10の17乗立方センチメートル付近を境に、フェルミ面の構造及びそれに付随したスピン構造が変わることが知られている。よって電流誘起磁性のキャリア密度の違いを議論することを目指し、Biをドープすることでキャリア密度が10の17乗立方センチメートルを超える試料を作成した。ドープされた試料において電流印加下NMR測定を行ったところ、電流誘起シフトの兆候を観測することができた。
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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
核磁気共鳴測定のマシンタイム確保が難しく、新型コロナウィルスに伴う研究活動の制限の影響が懸念点ではあるが、現在までの主要成果を学術論文に掲載することができたことから、順調に進展していると判断した。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの研究に引き続き、単体Teにおける電流誘起磁性のキャリア密度依存性を電流印加下核磁気共鳴測定を用いて明らかにしていく。核磁気共鳴測定について利用可能なマシンタイムに制限がある点に関しては、要点を絞った実験を行うことで可能な範囲で最大限の成果を得ることを目指す。またこれまでに得られた知見から、角運動量分裂バンド構造のもつスピン角運動量と軌道角運動量がそれぞれ電流誘起磁化にもたらす影響が明らかになりつつあるので、その点の考察を進めることで電流誘起磁性発現の理解を深化させることを目指す。
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