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カイラル反強磁性体におけるトポロジカル物性の実験的研究

研究課題

研究課題/領域番号 19J22078
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関東京大学

研究代表者

IKHLAS RAHMAT MUHAMMAD  東京大学, 理学系研究科, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2019-04-25 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,800千円 (直接経費: 2,800千円)
2021年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2020年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2019年度: 1,000千円 (直接経費: 1,000千円)
キーワードMagnetism / Antiferromagnet / Spintronic / Pressure / Anomalous Hall effect / Antiferromagnets / Single crystal
研究開始時の研究の概要

Our research aim is to establish the link between the magnetism and the electronic properties of an antiferromagnetic metal Mn3Sn. This material shows properties that are desirable for future memory devices: the ability to store information in the form of magnetic domains, fast switching dynamics, low stray field, and large electrical response towards domain switching. The magnetism of this material and its electronic properties will be studied through combined single crystal growth experiment, uniaxial pressure experiment, and transport measurements in high magnetic field.

研究実績の概要

1. We found a large piezomagnetic effect in an antiferromagnetic metal Mn3Sn at room temperature. In a certain class of antiferromagnets, a linear coupling between strain and magnetization is allowed and is known as “piezomagnetism”, which can be technologically relevant if the effect is large at room temperature. We found that through this piezomagnetism, a strain in the order of 0.1% can control the magnitude and sign of the Hall signal in Mn3Sn, an effect not previously seen in antiferromagnets. We collaborated with Dr. Dasgupta from UBC and Prof. Tschernyshov from Johns Hopkins University, and they were able to construct a Landau theory which can explain the piezomagnetic effect and the modulation of the AHE signal in the same framework. This work has been accepted into Nature Physics.

2. We established the magnetic phase diagram of triangular AFM Mn3Sn as a function of Mn concentration for the first time. We successfully grew Mn3+xSn1-x single crystals within the range 0.009 < x < 0.1. We found that the ground state of a pristine Mn3Sn is an incommensurate magnetic order, which is separated from the triangular antichiral phase by a first-order transition at T=280 K. Through magnetometry and transport measurements, we show that doping Mn strongly suppresses the incommensurate phase in favor of the triangular antichiral phase but leads to the appearance of a glassy ferromagnetic phase at lower temperatures. This work will be important in the development of thin film Mn3Sn, which is a material that has recently gained much attention in the spintronics community.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (5件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 雑誌論文 (1件) (うち国際共著 1件、 査読あり 1件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 3件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] A tunable stress dilatometer and measurement of the thermal expansion under uniaxial stress of Mn3Sn2020

    • 著者名/発表者名
      Ikhlas Muhammad、Shirer Kent R.、Yang Po-Ya、Mackenzie Andrew P.、Nakatsuji Satoru、Hicks Clifford W.
    • 雑誌名

      Applied Physics Letters

      巻: 117 号: 23 ページ: 233502-233502

    • DOI

      10.1063/5.0029198

    • 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
  • [学会発表] Measurement of the thermal expansion of non-collinear antiferromagnet Mn3Sn under uniaxial stress using a new stress-dilatometer2020

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ikhlas, Kent R. Shirer, Po-Ya Yang, Andrew P. Mackenzie, Satoru Nakatsuji, and Clifford W. Hicks.
    • 学会等名
      JPS Autumn Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Magnetic Phase Diagram of Non-collinear Weyl Metal Mn3-xSn1-x2020

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ikhlas, Takahiro Tomita, Satoru Nakatsuji
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting 2020
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Influence of Doping on the magnetic phases of Mn3+xSn1-x2019

    • 著者名/発表者名
      Muhammad Ikhlas, Takahiro Tomita, Satoru Nakatsuji
    • 学会等名
      International Conference on Strongly Correlated Electron Systems 2019
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [備考] 中辻研究室

    • URL

      https://www.nakatsuji-lab.phys.s.u-tokyo.ac.jp/

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

URL: 

公開日: 2019-05-29   更新日: 2024-03-26  

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