2020 Fiscal Year Annual Research Report
対称性に保護されたマグノン系のトポロジカル相と輸送現象
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20J12861
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
近藤 寛記 東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC2)
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2020-04-24 – 2022-03-31
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| Keywords | 磁性 / マグノン / 表面状態 / トポロジカル相 / ボソン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、磁性体中の集団励起であるスピン波の準粒子「マグノン」のトポロジカル物性についていくつかのことを明らかにした。まず、磁性体の対称性によってトポロジカルに保護された表面状態を持つ、マグノンのトポロジカル結晶絶縁体に対応するモデルを構築した。対称性に保護ざれた表面状態の実現には、対称性の演算子がクラマース縮退を生じるような数理的性質を持っていることが必要である。一方で、統計性（フェルミ/ボース）の違いから、マグノン系でどのようにしてその性質を持つ対称性を見出すかは非自明な問題である。この研究では、磁性体のスピンの向きを入れ替える時間反転と結晶の単位胞に関して半分の並進を組み合わせた操作に関する対称性がクラマース縮退を生じることを明らかにし、その対称性によってトポロジカルに保護されたマグノンの表面状態を持つ磁性体のモデルを構築した。
また、この表面状態の性質に由来した特有の外場応答も調べた。ここで考えた表面状態は、運動方向と運ばれるスピン磁気モーメントの方向が互いに固定されているという「スピン・運動量ロッキング」を示す。一方、磁性体に電場をかけることでスピン間に働くジャロシンスキー・守谷相互作用が変化し、マグノンのホッピング項に複素の位相が加わることが実験でも確認されている。このような電場の寄与を今回の系で考えたところ、スピン・運動量ロッキングに由来して、互いに向かい合った2つの表面でマグノンの表面状態の分布が増減し、それに伴いマグノンの流れが生じることを明らかにした。
さらに、ファンデルワールス磁性体 CrI3 が、提案したマグノンのトポロジカル結晶絶縁体の候補物質であることを明らかにした。積層 CrI3 に関して、密度汎関数法で得られた相互作用のパラメタに関してマグノンのバンド構造を調べ、上記の対称性によってトポロジカルに保護された表面状態が存在することを明らかにした。
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| Research Progress Status |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
翌年度、交付申請を辞退するため、記入しない。
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