研究課題
基盤研究(B)
重い元素を含み、かつ結晶対称性の低い化合物では、スピンと軌道角運動量が強く結合した「スピン軌道強結合電子」がトポロジカル電子状態を形成し、ワイル半金属などの特徴のある伝導物質となる場合がある。最近我々は、磁性イオンと結合したスピン軌道強結合電子が負の巨大磁気抵抗効果をもたらす積層化合物を見出した。本研究では、この伝導特性を詳しく調べ、スピン軌道強結合電子が持つ隠れた特性を明らかにする。さらに、関連する伝導現象を示す新たな物質群を探索する。
スピンと軌道角運動量が強く結合した遍歴電子が結晶中の磁性イオンと結合することにより特異な電子輸送現象や磁性をもたらす新規トポロジカル電子状態の探索をおこなった。層状化合物Eu3F4Bi2S4においては、従来型の弱局在効果では説明できない特異な電気抵抗のベキ的温度依存性や、Eu磁気モーメントと結合した巨大な負の磁気抵抗を見出した。また、カイラル結晶構造や多層殻状クラスタを結晶構造に持つ電子伝導系へと物性探索の対象を拡げ、結晶対称性を反映した幾つかの新規トポロジカル物性を見出すことに成功した。
本研究で実施した物性探索により、スピン軌道強結合電子が関与する多彩なトポロジカル電子状態を新たに見出すことができた。特に、層状化合物Eu3F4Bi2S4で観測された特異な伝導現象は、非従来型の局在効果の存在を示唆している。この現象は、基礎科学として重要であるのみならず、磁性イオンが持つ磁気モーメントの向きに敏感であり、巨大磁気抵抗効果として電子伝導を制御することができることから、新規スピントロニクス素子や、次世代量子情報処理の基盤技術につながる可能性がある。
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すべて 国際共同研究 (7件) 雑誌論文 (26件) (うち国際共著 11件、 査読あり 26件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (66件) (うち国際学会 16件、 招待講演 3件) 備考 (1件)
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