2019 Fiscal Year Annual Research Report
空間反転対称性が破れた遍歴磁性体における電流磁気効果
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19J11151
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
蒋 男 東京大学, 総合文化研究科, 特別研究員(DC2)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2021-03-31
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| Keywords | らせん磁性体 / ヘリシティ制御 / キラリティー / 電流磁気カイラル効果 / 電流の非相反 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
今年度は主に電流による金属らせん磁性体のヘリシティ制御の研究を行い、成果を得た。らせん磁性体に電流と磁場を平行に印加するか反平行に印加するかでヘリシティを制御できると考えられるので、実験を行った。
ヘリシティを制御した後、ヘリシティを観測する手段として当初は偏極中性子散乱実験を計画していた。中性子実験は、中性子散乱強度を稼ぐために試料は大きくなければならないが、抵抗測定の場合は逆に小さい方が測定しやすい。今回は電流によって物性を制御する研究であったため、試料は小さくした方が有利であると考えられる。実際、中性子実験ではヘリシティを制御できた結果は得られなかったが、抵抗測定の実験ではヘリシティを制御できたと思われる結果が得られた。
金属のらせん磁性体であるMnPの単結晶を作成し、電流によるヘリシティ制御を行った。試料を小さくするために、収束イオンビームを用いてMnPをマイクロサイズまで小さくした。その後、電子線ビームリソグラフィーなどを用いて電極を付けた。電流と磁場を平行及び反平行に印加しヘリシティを制御した後、電流を流す方向に依存して抵抗が異なる現象である電流の非相反伝導現象（電流磁気カイラル効果）を測定した。その結果、電流と磁場が平行か反平行かに依存して電流の非相反伝導現象の符号が反転していることから、電流によってヘリシティを制御することに成功したことがわかった。
この成果は、絶縁体を用いて電場でヘリシティを制御してきたマルチフェロイクス分野に新しい知見を与える結果である。対称性の観点から見ても、これは電流の非相反伝導の逆効果を用いて物性を制御した初めての結果と捉えられ、非常に重要な結果である。また、ヘリシティという内部自由度を電流によって制御することが可能であることが明らかとなり、スピントロニクス分野に新たな選択肢を与え、らせん磁性体スピントロニクスへの第一歩となる結果である。
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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
収束イオンビームによる試料加工に時間はかかったものの、マイクロデバイスが完成した後はすぐに電流によるヘリシティ制御に成功した。その成果もすぐに論文にまとめ、2019年度中に学術雑誌Nature Communicationsに掲載された。これは当初想定されていたよりも進捗が早く良い結果である。
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| Strategy for Future Research Activity |
制御したヘリシティは電流磁気カイラル効果によって検出したが、やはり中性子による観測をすることは必要であると考えている。今後は偏極中性子散乱実験によって制御したヘリシティの観測を目指す。さらに偏極中性子散乱実験をおこなえば、ヘリシティがどの割合で制御できているかが調べられ、電流・磁場によるヘリシティ制御の定量的評価が可能となる。偏極中性子散乱実験はアメリカの中性子施設NISTや日本の中性子施設J-PARCにておこなう予定である。
また、当初計画していた通り、Cr11Ge19を収束イオンビームを用いて微細加工し、波数空間のスピン分裂を観測する研究もおこなう。収束イオンビームを用いた微細加工技術は習得済みであるので、これは実験室内で比較的早くおこなうことができる。
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