2021 Fiscal Year Research-status Report
Quantum transport phenomena induced by topological spin textures
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21K13875
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
仲澤 一輝 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 特任研究員 (70884964)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | スピンカイラリティー / スピン流 / 非線形輸送 / 反強磁性体 / トポロジカルスピンホール効果 / キタエフ模型 / マヨラナ粒子 / ワイル半金属 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は（量子）輸送現象に焦点を当てた次の3テーマについての研究を推進した．（１）反強磁性体においてネールベクトルのカイラリティーが引き起こすトポロジカルスピンホール効果，（２）交代磁場を印加したキタエフスピン液体における熱輸送現象，（３）強磁性ワイル半金属Co3Sn2S2の原子層薄膜における輸送現象．
（１）ネールベクトルのカイラリティーによる伝導電子系のスピンホール効果について，スピンホール伝導率の解析的表式がベクトルカイラリティーで記述され，磁化と伝導電子の相互作用が弱い場合(弱結合)には伝導電子スピンのdephasingが重要であることを指摘した．また，磁化構造の波長が短い場合に，電子の拡散的運動が支配的になる領域を見出した．現在論文準備中である．
（２）交代磁場と一様磁場をキタエフ模型に印加した場合に，マヨラナ粒子の励起スペクトルが波数空間で非対称に歪むことを指摘した．また，磁場の強度や角度を変えることによって励起スペクトルを制御でき，マヨラナ粒子による熱流の線形・非線形成分を測定することによってそれを検出できることを提案した．この内容は国内・国際学会，プレプリントサーバarXivにて公表した．また，年度をまたいでしまったが最近Phys. Rev. B誌に掲載された．
（３）Coがカゴメ面を形成し，時間反転対称性を破ると同時にフェルミ準位近傍にワイル点を有する強磁性ワイル半金属Co3Sn2S2の原子層薄膜における輸送現象を第一原理計算に基づいて調べた．単層・2層の場合に異常ホール伝導度を計算し，薄膜表面を構成する原子の違いによって輸送係数の振舞いや磁性が異なることを見出し，学会にて公表した．現在3層系についても調べており，現在論文準備中である．
このほか，非線形輸送現象のフォーマリズムについても現在取り組んでおり，次年度以降のアウトプットを目指している．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
反強磁性磁化構造の誘起するトポロジカルスピンホール効果について，強結合から弱結合までの物理的な描像を明らかにすることができ，もうすぐ取りまとめが完了するところまできた．また，非線形輸送現象を場の量子論に基づくファインマンダイヤグラムの方法を用いて系統的に計算する方法の探索についても目途が立った．さらに，電荷スピン結合系にとどまらず，マヨラナ粒子系においても非線形輸送現象という観点を含めて調べることができ，今後の本プロジェクトの発展に資する結果を得た．
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| Strategy for Future Research Activity |
非線形伝導度については，電流・熱流などの非線形領域にまでアクセスできる“公式”をまず導出することを目指し，いくつかのベンチマークをとる．この際，不純物散乱によるバーテックス補正による効果にも注意を払う．その後，ボルツマン理論などの既存の方法との比較を行う．
つぎに，上の公式を具体的なケースに適用していく．例えば，カイラル磁性体（スカーミオン，ヘッジホッグ等），ワイル半金属，キタエフ模型におけるマヨラナ粒子系などを想定している．また，第一原理計算と組み合わせて具体的な物質に適用していくことも視野に入れて定式化を行う．
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| Causes of Carryover |
本年度は，感染症蔓延の影響で，参加した学会がすべてオンラインによって行われ，出張の機会がなかった．また，今年度はフォーマリズムの構築にリソースを割いたため，最低限のデバイス購入にとどまった．（第一原理計算などを念頭に置いた）高コストの計算を実行するためのコンピュータは次年度以降に検討することにした．
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Research Products
(5 results)
