Novel Transport Phenomena in Magnets: Insights from Symmetry and Topology

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K14411
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Akagi Yutaka 東京大学, 大学院理学系研究科(理学部), 助教 (20739437)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: マグノン / スキルミオン / トポロジカル相 / 磁性体 / 輸送現象 / 非線形応答 / 光電場駆動 / 指数定理

Outline of Final Research Achievements

In this research, we have explored novel phases and transport phenomena in magnets through the lenses of symmetry and topology. Specifically focusing on magnons, which are elementary quasiparticles in magnets, we have identified that van der Waals magnets such as CrI3 can host magnonic analogs of topological crystalline insulators, exhibiting distinctive electric field responses. We have also revealed that a strain-controllable nonlinear spin Nernst effect can occur in various organic magnetic compounds. Additionally, we have demonstrated in itinerant magnets possessing spatial inversion symmetry, that the smallest size Skyrmion crystal states can be induced by light, with their scalar chirality being controllable through the handedness of circularly polarized light.

Free Research Field

物性基礎論

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

マグノン熱ホール効果が理論的に提案され即座に観測された事から、本研究で明らかにしたマグノンに関する新規トポロジカル相や輸送現象も、すぐに実験的な観測に繋がる可能性がある。特に非線形スピンNernst効果は、歪ませる事が容易な多くの有機物磁性体において現れうるものであり、有機物における純スピン流生成という新しい分野を切り拓く成果である。また、研究代表者らが2010年に提案した最小サイズのスキルミオン結晶状態が、2023年になり実験的に確認され再び注目を集めているが、こうしたトポロジカル磁性の光による発現/高速制御が、空間反転対称な遍歴磁性体においても可能であることを示し、学際的な分野を開拓した。