| 研究課題/領域番号 |
20K15163
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| 研究種目 |
若手研究
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| 配分区分 | 基金 |
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小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 (2023)
福島工業高等専門学校 (2020-2022) |
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研究代表者 |
千葉 貴裕 東北大学, 学際科学フロンティア研究所, 助教 (90803297)
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| 研究期間 (年度) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
2,600千円 (直接経費: 2,000千円、間接経費: 600千円)
2021年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2020年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
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| キーワード | スピントロニクス / 磁性トポロジカル絶縁体 / トポロジカル相転移 / 第一原理計算 / トポロジカル物質 / 非相反輸送 / スピンポンピング / スピン軌道トルク / 磁気抵抗効果 / スピン構造 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁壁移動型メモリの実用化には、磁壁への情報の書き込みに用いる「スピン注入効果」および情報の読み出しに用いる「磁気抵抗効果」の巨大化が必要である。近年、磁気近接界面における反転対称性の破れが、非相反（一方向的）伝導現象を引き起こすことが報告されており、非相反性による上２つの効果の巨大化が期待される。本研究では、モデル計算と数値シミュレーションを駆使して、幾何学的スピン構造をもつ磁性体とその近接界面において、電荷とスピンの非相反伝導現象の研究を行い、本現象の微視的機構の解明を通じて、スピン注入効果と磁気抵抗効果の巨大化への新しい指針を示す。
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| 研究実績の概要 |
前年度に引き続き、三次元トポロジカル物質における非相反輸送現象及び界面状態に関して研究を行った。トポロジカルディラック半金属(TDS)は強いスピン軌道相互作用と結晶の対称性に起因してバルクに点接触する線形バンド構造をもつ物質である。また時間反転対称性と空間反転対称性の両方を有することから、バンド構造が二重にスピン縮退している。したがって、時間反転対称性を破る磁性体との接合を用いてスピン縮退を解くことにより、バルクバンドにヘッジホック的なスピン構造（スピン運動量ロッキング）を有する磁性ワイル半金属へとトポロジカル相転移することが期待される。一方で、空間反転対称性が破れたワイル半金属において巨大な非相反輸送現象が発現しうるという理論予測が提案されている。そこで本研究では、磁性体/TDS接合系において非相反輸送現象及び界面状態を理論的に解明することを目指した。
本研究では、TDSとしてα-Sn、磁性体としてFe、FeAs、InFeSbを想定した。第一原理バンド計算に基づいて磁性体/TDS接合系における界面電子状態の計算を行った。その結果、磁性体のd電子軌道とTDSのp電子軌道の混成により、いずれの場合もTDSのバルクバンドにバンド反転が生じることを見出した。さらに同系におけるTDS層の膜厚依存性を調査したところ膜厚の薄い領域においても磁気近接効果に起因したバンド反転が確認された。これにより磁性トポロジカル絶縁体相へのトポロジカル相転移が生じうることを明らかにした。今後、磁性体/TDS接合系における非相反輸送現象への展開が期待される。
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