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スピン軌道結合磁性体における異常スピン電磁応答

研究課題

研究課題/領域番号 17K05485
研究種目

基盤研究(C)

配分区分基金
応募区分一般
研究分野 物性Ⅰ
研究機関東北大学

研究代表者

野村 健太郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00455776)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円)
2019年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2018年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
2017年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワードトポロジカル物質 / スピントロニクス / スピン物性 / スピン軌道結合磁性体 / 物性理論 / スピン軌道相互作用 / 量子輸送現象 / 磁性 / スピンエレクトロニクス / トポロジー / メゾスコピック系
研究成果の概要

ワイル半金属において,スピン運動量ロッキングは電子の軌道運動を背景の磁気テクスチャと相関させることを明らかにした. 磁性ワイル半金属の磁性組織のダイナミクスが,ジュール熱のない励起電流を誘導することを示した. このポンピング電流は磁気テクスチャに相当する軸方向の電磁場によって誘導されるホール電流と見なすことができる. 磁壁が移動する場合には,磁壁が局所的な電荷に対応するポンピング電流を生成することを示した.

研究成果の学術的意義や社会的意義

スピントロニクスの分野では電子の電荷とスピンの自由度を制御し,電気と磁気の非自明な結合など基礎研究から,磁気メモリーや磁気センサーに応用などが行われている.本研究において我々は磁性ワイル半金属を中心とするトポロジカル物質が従来の強磁性金属に比べ,低損失でかつ堅牢なスピン電荷変換現象が起こることを理論的に示した.特に電流や電場によって磁壁が駆動する現象は従来の強磁性金属とは異なりバンドトポロジーの効果による下であること,磁気異方性の影響を受けにくい,すなわち高精度の磁気デバイスの可能性があることを明らかにした.

報告書

(5件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 研究成果

    (39件)

すべて 2021 2020 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (21件) (うち国際共著 3件、 査読あり 21件、 オープンアクセス 6件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 7件、 招待講演 16件)

  • [国際共同研究] テキサス大学(米国)

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] Magnetoelectric Response of Antiferromagnetic CrI3 Bilayers2021

    • 著者名/発表者名
      Lei Chao、Chittari Bheema L.、Nomura Kentaro、Banerjee Nepal、Jung Jeil、MacDonald Allan H.
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 21 号: 5 ページ: 1948-1954

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.0c04242

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Critical thickness for the emergence of Weyl features in Co3Sn2S2 thin films2021

    • 著者名/発表者名
      Ikeda Junya、Fujiwara Kohei、Shiogai Junichi、Seki Takeshi、Nomura Kentaro、Takanashi Koki、Tsukazaki Atsushi
    • 雑誌名

      Communications Materials

      巻: 2 号: 1 ページ: 18-18

    • DOI

      10.1038/s43246-021-00122-5

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Dynamical spin-to-charge conversion on the edge of quantum spin Hall insulator2020

    • 著者名/発表者名
      Araki Yasufumi、Misawa Takahiro、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Physical Review Research

      巻: 2 号: 2 ページ: 023195-023195

    • DOI

      10.1103/physrevresearch.2.023195

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Magnetic-field-induced topological phase transition in Fe-doped (Bi,Sb)2Se3 heterostructures2020

    • 著者名/発表者名
      Satake Y.、Shiogai J.、Mazur G. P.、Kimura S.、Awaji S.、Fujiwara K.、Nojima T.、Nomura K.、Souma S.、Sato T.、Dietl T.、Tsukazaki A.
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 4 号: 4 ページ: 0442021-8

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.4.044202

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Weyl superconductor phases in a Weyl-semimetal/superconductor multilayer2020

    • 著者名/発表者名
      Nakai Ryota、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 号: 9 ページ: 0945101-11

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.094510

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Semi-quantized Spin Pumping and Spin-Orbit Torques in Topological Dirac Semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Misawa Takahiro、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 号: 1 ページ: 196591-8

    • DOI

      10.1038/s41598-019-55802-7

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Robust magnetotransport in disordered ferromagnetic kagome layers with quantum anomalous Hall effect2019

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi Koji、Takagaki Masaki、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.161301

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Real-time evolution and quantized charge pumping in magnetic Weyl semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Misawa Takahiro、Nakai Ryota、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 15 ページ: 1551231-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.155123

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Two-Orbital Effective Model for Magnetic Weyl Semimetal in Kagome-Lattice Shandite2019

    • 著者名/発表者名
      Ozawa Akihiro、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 12 ページ: 1237031-5

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.123703

    • NAID

      40022096549

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Phase Diagram of a Magnetic Topological Nodal Semimetal: Stable Nodal Line in an Easy-Plane Ferromagnet2019

    • 著者名/発表者名
      Ominato Yuya、Yamakage Ai、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 11 ページ: 114701-114701

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.114701

    • NAID

      40022062694

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Electrically-driven Domain Wall Motion in Quantum Anomalous Hall States2019

    • 著者名/発表者名
      Kim Sehoon、Kurebayashi Daichi、Nomura Kentaro
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 号: 8 ページ: 083704-083704

    • DOI

      10.7566/jpsj.88.083704

    • NAID

      40021971758

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Theory of spin torque in Weyl semimetals with magnetic texture2019

    • 著者名/発表者名
      1.D. Kurebayashi and K. Nomura
    • 雑誌名

      Sci. Rep.

      巻: 9 号: 1 ページ: 53651-10

    • DOI

      10.1038/s41598-019-41776-z

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書 2018 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Spin-orbit crossed susceptibility in topological Dirac semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Y. Ominato, S. Tatsumi, and K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 99 号: 8 ページ: 0852051-7

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.085205

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Helicity-protected domain-wall magnetoresistance in ferromagnetic Weyl semimetal2018

    • 著者名/発表者名
      K. Kobayashi, Y. Ominato, and K. Nomura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 87 号: 7 ページ: 0737071-5

    • DOI

      10.7566/jpsj.87.073707

    • NAID

      210000134886

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Charge pumping induced by magnetic texture dynamics in Weyl semimetals2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki and K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Applied.

      巻: 10 号: 1 ページ: 0140071-7

    • DOI

      10.1103/physrevapplied.10.014007

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin susceptibility of three-dimensional Dirac/Weyl semimetals2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Ominato and K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B.

      巻: 97 号: 24 ページ: 2452071-9

    • DOI

      10.1103/physrevb.97.245207

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Weak localization in bilayer graphene with Li-intercalation/desorption2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Endo, S. Ichinokura, R. Akiyama, A. Takayama, K. Sugawara, K. Nomura, T. Takahashi, S. Hasegawa,
    • 雑誌名

      J. Phys.: Condens. Matter

      巻: 30 号: 30 ページ: 3057011-7

    • DOI

      10.1088/1361-648x/aaccc4

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Localized charge in various configurations of magnetic domain wall in a Weyl semimetal2018

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki, A. Yoshida, and K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 98 号: 4 ページ: 0453021-10

    • DOI

      10.1103/physrevb.98.045302

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skyrmion-induced anomalous Hall conductivity on topological insulator surfaces2017

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki and K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 96 号: 16

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.165303

    • NAID

      130007646295

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Berry phase shift from 2π to π in bilayer graphene by Li-intercalation and sequential desorption2017

    • 著者名/発表者名
      R. Akiyama, Y. Takano, Y. Endo, S. Ichinokura, R. Nakanishi, K. Nomura, S. Hasegawa
    • 雑誌名

      Appl. Phys. Lett.

      巻: 110 号: 23 ページ: 233106-233106

    • DOI

      10.1063/1.4984958

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Anomalous Hall Effect and Spontaneous Orbital Magnetization in Antiferromagnetic Weyl Metal2017

    • 著者名/発表者名
      N. Ito and K. Nomura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 86 号: 6 ページ: 063703-063703

    • DOI

      10.7566/jpsj.86.063703

    • NAID

      40021221640

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] トポロジカル材料を用いた超低損失スピン素子の提案2021

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      日本物理学会,シンポジウム「脳神経と量子・スピン・AIの融合」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル半金属のスピントロニクス機能2021

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      Spin Research Network of Japan 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] スピンとトポロジー2021

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      応用物理学会「第19回スピントロニクス入門セミナー」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetism and anomalous transport in Kagome shandites2020

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      The 2nd NIMS-IMR Workshop on Spin Phononics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル物質2020

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      CREST チュートリアル・ワークショップ 「物質のトポロジカル相の理論的探究」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Quantized spin pumping and spin torques using helical surface modes2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      NIMS-IMR Workshop Program on Spin Phononics
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル半金属の輸送特性とスピン機能2019

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      新学術領域トポロジカル物質科学 第11回トポロジー連携研究会「トポロジカル半金属」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spintronics functionalities of topological semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      Purdue University-Tohoku university, Spintronics Workshop II
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Chiral anomaly and spin-electromagnetic responses in topological materials2019

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      Frontiers in Mathematical Science Research Workshop
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 熱ホール効果一般についてのレビュー2019

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      第12回トポロジー連携研究会「マヨラナ励起の実証に向けて」
    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ワイル半金属における軸性アノマリーと磁化ダイナミクス2019

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      量子多体系の素核・物性クロスオーバー 高エネルギー加速器研究機構
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル物質のスピン機能創出2019

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      日本物理学会 第74回年次大会 シンポジウム「低次元トポロジカル絶縁体・スピン物性の新展開」九州大学
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] トポロジカル半金属の電磁応答とスピントロニクス現象2018

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      物性理論のフロンティアと社会への展開 東京大学
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spintronic functionalities of topological Dirac-Weyl materials2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      One-Day Symposium on Spintronic Properties of Graphene and Related 2D Materials The University of Tokyo Kashiwa Campus Station Satellite
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Spintronics functionalities of topological semimetals2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      KITS Workshop 2018 "COLLECTIVE SPIN DYNAMICS IN NANOSTRUCTURES" Kavli ITS, Beijing
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Anomalous magnetotransport and magnetization dynamics in Weyl semimetals2018

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      TMS-EPiQS 2nd Alliance Workshop, Topological magnets and topological superconductors
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ワイル磁性体における磁化ダイナミクス2018

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎、紅林大地、小林浩二、荒木康史
    • 学会等名
      スピントロニクス学術研究基盤と連携ネットワーク
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2022-01-27  

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