| 研究課題/領域番号 |
22KJ0212
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| 補助金の研究課題番号 |
22J01078 (2022)
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| 研究種目 |
特別研究員奨励費
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| 配分区分 | 基金 (2023)
補助金 (2022) |
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| 応募区分 | 国内 |
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| 審査区分 |
小区分29010:応用物性関連
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| 研究機関 | 東北大学 |
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研究代表者 |
メイヨー アレックス浩 東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)
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| 研究期間 (年度) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 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)
2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2023年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
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| キーワード | 磁性 / 非相反電気伝導 / キラリティ / 半金属 / 集束イオンビーム / トポロジカル半金属 / 微細加工 / 非相反伝導 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
トポロジカル物質では電子構造の非自明なトポロジーと時間反転や空間反転対称性とが絡み合い、多彩な物質機能が発現する。磁性を有する物質ではスピン配列の自由度を介してこれらの対称性を制御することが期待できる。特にスピンがらせん状に配列した磁気構造は空間反転対称性を破る磁気構造でもあり、これまでと違った形での対称性の破れとトポロジーの結合が期待されるが、未だ詳細は明らかになっていない。本研究では磁性と電子状態とが強く結合したらせん磁性半金属に微細加工を施してデバイス化し、バンド・トポロジーと磁性との非自明な電磁結合の探索、その電気的・磁気的な制御手法の確立、それに伴う新しい創発物理現象の開拓を行う。
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| 研究実績の概要 |
本年度は、磁性半金属EuP3を対象としてらせん磁性体における非相反電気伝導の研究、及びらせんの巻き方の電流・磁場制御特性の調査に取り組んだ。
これまでに、バルクの単結晶試料に対して集束イオンビーム(FIB)による微細加工を用いることで高密度電流の印加が可能なデバイス作製に取り組み、作製条件の最適化を行ってきた。作製されたデバイスは基礎的な物性測定により加工前のバルク試料の物性を再現することが確認された。このデバイスを用いて、マンガン化合物にてこれまでに成功が確認された手法に倣い、電流・磁場の同時印加によるカイラリティ(らせんの巻き方)制御プロセスを施し、非相反電気伝導の測定実験を行った。
1. カイラリティ制御に関しては、一定の効果は示唆されたものの、完全なカイラリティ制御は実現されなかった。要因としては、EuP3の磁気転移温度がマンガン化合物に比べ極めて低く、制御に際して大きな電流を印加するとジュール発熱により試料温度が上昇してしまうため、転移温度を超えない範囲に電流密度の最大値が制限された結果、部分的な制御に留まったものと考えられる。しかし、本制御プロセスを施すことにより、後述する非相反電気伝導の信号を有限に検出することができた点で重要な効果があったと言える。
2. カイラリティ制御プロセスを施した試料において、非自明な磁場発展を示す大きな非相反電気抵抗率の信号を観測することに成功した。これまでらせん磁性体における非相反電気伝導は、磁気構造の対称性に依存することがよく知られていたが、今回観測された振る舞いは単に実空間の磁気構造だけには帰着できず、別の機構の存在を示唆した。そこで第一原理計算により電子構造の磁場発展を調べたところ、実空間のカイラルな磁気構造が波数空間の電子構造の非対称な変形をもたらし、EuP3での特異な振る舞いを発現させていることがわかった。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
集束イオンビームを用いた微細加工デバイスの作製に成功し、効率的なキラリティ検出を可能とする非相反伝導のメカニズムに関する重要な知見を得ることができた。得られた成果は日本物理学会および米国物理学会で発表を行い、論文にも纏め現在学術誌に投稿中である。以上から、本研究課題は概ね順調に進展しているといえる。
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| 今後の研究の推進方策 |
海外研究機関への渡航を行い、磁性と伝導が強く結合した磁性材料の物質開拓を進める。
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