2023 Fiscal Year Annual Research Report
Manifestation of nonlinear anomalous Hall effect by controlling charge-ordered domains in organic conductors
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21K18594
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
長田 俊人 東京大学, 物性研究所, 教授 (00192526)
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2021-07-09 – 2024-03-31
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| Keywords | 非線形異常ホール効果 / 有機導体 / 電荷秩序 / ドメイン / ディラック電子系 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
有機導体α-(BEDT-TTF)2I3の弱い電荷秩序状態は、空間反転の破れによりギャップの開いた傾斜したmassive Dirac電子系と考えられ、有限のBerry曲率双極子により異常Hall効果や軌道磁化がゼロ磁場下で電流誘起される非線形異常Hall効果や軌道Edelstein効果が期待される。しかし現実の結晶では、電荷秩序パターンが空間反転の関係にある２種のドメイン間で相殺され上記現象の観測は困難であると予想される。本研究では、ドメイン間で相殺される非線形異常Hall効果を顕在化させるために、磁場中で直流電流を流して試料を徐冷し、転移時に軌道Edelstein効果で誘起される磁化が低いエネルギーを持つ一方の電荷秩序ドメインのみを選択的に形成させる電流磁場中冷却法の有効性を調べた。
(1)通常のゼロ磁場冷却でも、有限の非線形異常Hall効果の観測に成功した。これはゼロ磁場冷却時でもドメイン比率が不均衡であることを意味する。
(2)冷却時の温度依存性は、電流磁場中冷却とゼロ磁場冷却の場合で全く差がなく、ドメイン形成の状況に大きな差がないことを示唆した。非線形異常Hall効果の大きさも、電流磁場中冷却とゼロ磁場冷却の場合で有意な差は観測されなかった。
(3)非線形異常Hall効果の熱電アナロジーである非線形異常Ettingshausen効果の観測にも成功した。しかし同様に有意な電流磁場中冷却の効果は観測できなかった。
本系では電流誘起トポロジカル現象を発現させるために積極的にドメイン配向を制御する必要のないこと、電流磁場中冷却法ではドメイン制御を行うことは困難であることが結論された。これは転移時のドメイン核の大きさが予想より遥かに小さく電流磁場下で一方の電荷配置を選択するエネルギー利得が小さ過ぎる可能性、電荷配置が結晶の短距離の乱れに強くロッキングしている可能性が考えられる。
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