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ディラック磁性体の開発とスピントロニクス応用

研究課題

研究課題/領域番号 19K22124
研究種目

挑戦的研究(萌芽)

配分区分基金
審査区分 中区分29:応用物理物性およびその関連分野
研究機関東京大学

研究代表者

塩見 雄毅  東京大学, 大学院総合文化研究科, 准教授 (10633969)

研究期間 (年度) 2019-06-28 – 2021-03-31
研究課題ステータス 完了 (2020年度)
配分額 *注記
6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円)
2020年度: 3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)
2019年度: 3,120千円 (直接経費: 2,400千円、間接経費: 720千円)
キーワードディラック磁性体 / スピントロニクス / スピンホール効果 / トポロジー / ベリー位相 / トポロジカル磁性体 / 磁性薄膜
研究開始時の研究の概要

スピントロニクス素子において必要となる高効率なスピン流-電流変換素子材料の新開発指針として、新しいトポロジカル磁性体である「ディラック磁性体」を提案する。歪みを印加した際の特異なバンド構造に由来するトポロジー効果により発現することが期待される、高効率なスピンホール効果の実証を狙う。

研究成果の概要

主にディラック磁性体の候補であるγ相FeMnの薄膜に焦点を当てた。γ-FeMnでは、強結合近似のもとでフェルミ準位付近にスピン縮退したディラック構造が見られ、歪みによりスピンホール効果が観測されることが期待されていた。圧電材料基板上に作製したFeMn/Ni-Fe薄膜試料に対して、歪みと外部磁場を同時に印加した状態でアニールした。室温でスピンゼーベック/異常ネルンスト効果測定を行い、スピンホール効果の大きさを計測したが、歪みによる信号強度の制御は、測定精度の範囲内で観測されなかった。一方、測定された熱起電力信号に交換バイアス効果が見られ、その大きさはこの系で報告された値の中でも最大値に近かった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究ではスピントロニクス材料として新しい種類のトポロジカル磁性体である「ディラック磁性体」を提案した。近年スピン縮退の解けた線形バンドの交差点であるワイル点を有する特異な電子構造に由来した高効率なスピン流と電流の変換効果(スピンホール効果)が注目を集めている。一方、本研究ではスピン縮退した線形バンドが交差するディラック点を有する磁性体をディラック磁性体と定義し、その機能開発を行った。特に、歪みの印加により発生すると期待される、ディラック点のベリー位相磁場の効果によるスピンホール効果を観測することを目指して研究を行った。

報告書

(3件)
  • 2020 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2019 実施状況報告書
  • 研究成果

    (6件)

すべて 2020 2019

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 オープンアクセス 2件)

  • [雑誌論文] Enhanced Thermopower in the Antiferromagnetic Phase of Mn2-xCrxSb2020

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa Kurea、Miyazaki Yu、Mitsuishi Natsuki、Sakano Masato、Yokouchi Tomoyuki、Ishizaka Kyoko、Shiomi Yuki
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 89 号: 12 ページ: 124601-124601

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.124601

    • NAID

      40022438255

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Modulation of Dirac electrons in epitaxial Bi2Se3 ultrathin films on van der Waals ferromagnet Cr2Si2Te62020

    • 著者名/発表者名
      Kato Takemi、Sugawara Katsuaki、Ito Naohiro、Yamauchi Kunihiko、Sato Takumi、Oguchi Tamio、Takahashi Takashi、Shiomi Yuki、Saitoh Eiji、Sato Takafumi
    • 雑誌名

      Physical Review Materials

      巻: 4 号: 8 ページ: 84202-84202

    • DOI

      10.1103/physrevmaterials.4.084202

    • 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] Large Magneto-piezoelectric Effect in EuMnBi2 Single Crystal at Low Temperatures2020

    • 著者名/発表者名
      Yuki Shiomi, Hidetoshi Masuda, Hidefumi Takahashi, Shintaro lshiwata
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 号: 1 ページ: 7574-7574

    • DOI

      10.1038/s41598-020-64530-2

    • 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] Enhanced magnetopiezoelectric effect at the Neel temperature in CaMn2Bi22019

    • 著者名/発表者名
      Shiomi Y.、Koike Y.、Abe N.、Watanabe H.、Arima T.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 号: 5 ページ: 054424-054424

    • DOI

      10.1103/physrevb.100.054424

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnon Pairs and Spin-Nematic Correlation in the Spin Seebeck Effect2019

    • 著者名/発表者名
      Hirobe Daichi、Sato Masahiro、Hagihala Masato、Shiomi Yuki、Masuda Takatsugu、Saitoh Eiji
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 123 号: 11 ページ: 117202-117202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.123.117202

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Magnetotransport properties of magnetite-hematite composite oxides2019

    • 著者名/発表者名
      Nakagawa K.、Asano H.、Miyazaki Y.、Shiomi Y.
    • 雑誌名

      Journal of Applied Physics

      巻: 126 号: 18 ページ: 183904-183904

    • DOI

      10.1063/1.5129079

    • 関連する報告書
      2019 実施状況報告書
    • 査読あり

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公開日: 2019-07-04   更新日: 2022-01-27  

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