Metallic chiral magnet and spin-split Fermi surface

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K03863
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: Hiroshima University
• Principal Investigator: Sato Hitoshi 広島大学, 放射光科学研究センター, 准教授 (90243550)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 大原 繁男 名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (60262953) ; 奥田 太一 広島大学, 放射光科学研究センター, 教授 (80313120)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: カイラル磁性体 / 強相関電子系 / スピン分解光電子分光

Outline of Final Research Achievements

We have carried out angle-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) on metallic chiral magnets YbNi3Al9 and Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al9. We found that at least five hole-like bands around Gamma point (surface Brillouin zone) and one electron-like band around M point form the Fermi surfaces. The Fermi surfaces of YbNi3Al9 and Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al9 are similar and the Fermi surfaces of Yb(Ni0.94Cu0.06)3Al9 are revealed to be smaller compared to those of YbNi3Al9, reflecting the electron doping due to the Cu substitution for Ni. We also performed spin polarized ARPES on YbNi3Al9 and found the spin splitting of about 30 meV for the hole-like band around Gamma point.

Free Research Field

放射光物性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

YbNi3Al9は，最近発見された4f電子系で初のカイラル金属磁性体である．カイラル磁気構造は，伝導電子を媒介とする，4fスピンを「揃える」対称スピン相互作用(RKKY相互作用)に，スピンを「ねじる」反対称スピン相互作用(DM相互作用)が加わることで生じる．カイラル結晶構造に起因して，独特なスピンテクスチャをもつ伝導電子バンド構造が，カイラル磁性の出現に関与していると考えられる．本研究で明らかにした基本的な電子構造，特に，微細なスピン分裂構造に関する結果は，今後の4f電子系カイラル磁性体の研究において，貴重な情報を与えるものと期待される．