2020 Fiscal Year Research-status Report
Development of spintronic functions inherent in molecular orientations
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19K03723
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| Research Institution | Waseda University |
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Principal Investigator |
中 惇 早稲田大学, 高等研究所, 准教授(任期付) (60708527)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
妹尾 仁嗣 国立研究開発法人理化学研究所, 開拓研究本部, 専任研究員 (30415054)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 有機導体 / スピン軌道結合 / 異常ホール効果 / 磁気光学カー効果 / ペロブスカイト / スピン流生成 / 励起子絶縁体 / スピンゼーベック効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、分子性導体の分子配向と電子相関効果の双方に立脚した新しいスピン流生成現象を探索を目的として以下の研究を行った。1) κ型分子性導体において見出した反強磁性由来のエネルギーバンド分裂（非相対論的な"スピン軌道結合"）と従来の相対論的スピン軌道結合の協力効果を理論的に調べた。κ型分子性導体の分子配列を取り入れたハバードモデルに、ボンドの反転対称性破れに由来する反対称スピン軌道結合を取り入れた有効モデルを構築し、その基底状態と電荷輸送特性を平均場近似ならびに線形応答理論を用いて解析した。その結果、キャリアドープ下で安定化するキャント磁化を持つ反強磁性金属相において異常ホール効果が生じることを見出した。強ダイマー極限における有効モデルの解析から、ホール伝導度はキャント磁化がゼロでも有限となることを明らかにした。これは、本質的にコリニア反強磁性に由来する異常ホール効果であることを示唆している。また、ノンドープの反強磁性絶縁体相においては、同様にメカニズムにより磁気光学カー効果が生じることを見出した。2) κ型分子性導体のスピン流生成の拡張として、ペロブスカイト型酸化物のスピン輸送特性を調べた。GdFeO3型歪みによる電子遷移積分の変化を取り入れた多軌道ハバードモデルを、平均場近似と線形応答理論を用いて解析した結果、C型反強磁性金属相においてκ系と同様のスピン分裂が生じ、電場印加によってスピン流が生じることを見出した。これはGdFeO3型歪みが"分子配向"として働くことに起因する。3) 反強磁性以外の長距離秩序相におけるスピン流生成の可能性を探るために、励起子絶縁体におけるスピン輸送特性を調べた。二軌道ハバードモデルを摂動展開した強結合モデルを拡張スピン波近似を用いて解析することで、励起子絶縁体相において温度勾配によるスピン流（スピンゼーベック効果）が生じることを見出した。
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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
初年度に見出したスピン流生成現象の拡張・一般化に加えて、従来の相対論的スピン軌道結合との協力効果や最終年度に計画していた磁気秩序以外の長距離秩序相におけるバンド変形・新規輸送現象の探索にも着手することができた。これは当初の計画以上に進展していると評価できる。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、相対論的スピン軌道結合との協力効果の研究をさらに進展させるとともに、実験による検出を視野に入れ、平均場近似を超えた分子性導体のスピン分裂の定量的評価を行う。また、磁気秩序以外の長距離秩序相における輸送特性・光学応答の研究を継続的に行う。
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| Causes of Carryover |
コロナウイルス感染拡大の影響により、予定していた出張計画が中止となり、また変更可能なものについてはweb上の会議やmeetingに変更となったため。差額分は次年度の短距離の国内旅費やジャーナルのオープンアクセス権購入費などに使用する予定。
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