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キラル物質を用いた新しい選択則のスピン流・電流変換現象の開拓

公募研究

研究領域ナノスピン変換科学
研究課題/領域番号 17H05186
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京大学 (2018)
国立研究開発法人理化学研究所 (2017)

研究代表者

関 真一郎  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70598599)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円)
2018年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2017年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
キーワードスピントロニクス / スピン流 / Edelsten効果 / キラリティ / スピン分裂 / Edelstein効果 / 物性実験
研究実績の概要

本研究では、キラルな結晶構造を伴う金属・半導体材料におけるWeyl型と呼ばれる対称性のスピン分裂を利用した、新しい選択則のスピン・電流相関現象の開拓を目指している。昨年度は、キラル半導体であるテルル単結晶における電流誘起磁化を、磁気光学カー効果の測定を通じて検出することに成功した。2年目にあたる本年度は、こうしたWeyl型のスピン分裂による影響を、電気的な手法を用いて検出することを目指した。
特に重点を置いて取り組んだのが、電流の非相反伝導現象(磁気カイラル効果)の観測である。具体的には、キラル構造を持つ反強磁性体の単結晶を育成し、微細加工を通じて大きな電流密度を加えることが可能な抵抗率測定用デバイスを作成した結果、外部磁場に対して平行・反平行に流れる電流が異なる電気伝導率を示すこと、また外部磁場によって反強磁性構造(弱強磁性を伴う)の秩序変数を反転することで、この非相反性の符号を反転できることを発見した。
これらの振る舞いは、磁性と結晶キラリティの共存から期待される対称性とよく一致しており、観測された非相反な電気伝導は、Weyl型のスピン分裂と局在スピンの間の相関関係を考えることで理解することが可能である。上記の結果は、観測を目指していたキラルな対称性に由来した新しい選択則のスピン・電流相関現象の電気的な検出に成功したことを意味しており、今後は上述の成果を基盤として、理論的な発現が期待される様々なスピン・電流変換現象の開拓を行っていきたい。

現在までの達成度 (段落)

平成30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

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (21件)

すべて 2019 2018 2017 その他

すべて 国際共同研究 (4件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 5件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (9件) (うち国際学会 5件、 招待講演 8件)

  • [国際共同研究] Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf/TU-Dresden/University of Augsburg(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] University College London/Imperial College London(英国)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] Budapest University of Technology(ハンガリー)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [国際共同研究] EPFL(スイス)

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Phonon Magnetochiral Effect2019

    • 著者名/発表者名
      T. Nomura, X.-X. Zhang, S. Zherlitsyn, J. Wosnitza, Y. Tokura, N. Nagaosa, S. Seki
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 122 号: 14 ページ: 145901-145901

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.145901

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Magnon-photon coupling in the noncollinear magnetic insulator Cu 2 OSeO 32019

    • 著者名/発表者名
      L. V. Abdurakhimov, S. Khan, N. A. Panjwani, J. D. Breeze, M. Mochizuki, S. Seki, Y. Tokura, J. J. L. Morton, and H. Kurebayashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 99 号: 14 ページ: 140401-140401

    • DOI

      10.1103/physrevb.99.140401

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Microwave Directional Dichroism Resonant with Spin Excitations in the Polar Ferromagnet GaV4S82019

    • 著者名/発表者名
      Y. Okamura, S. Seki, S. Bordacs, A. Butykai, V. Tsurkan, I. Kezsmarki, and Y. Tokura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 122 号: 5 ページ: 057202-057202

    • DOI

      10.1103/physrevlett.122.057202

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Multiple-q non-collinear magnetism in an itinerant hexagonal magnet2018

    • 著者名/発表者名
      R. Takagi, J. S. White, S. Hayami, R. Arita, D. Honecker, H. M. Ronnow, Y. Tokura, S. Seki
    • 雑誌名

      Science Advances

      巻: 4 号: 11 ページ: 3402-3402

    • DOI

      10.1126/sciadv.aau3402

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Low-field bi-skyrmion formation in a noncentrosymmetric chimney ladder ferromagnet2018

    • 著者名/発表者名
      R. Takagi, X. Z. Yu, J. S. White, K. Shibata, Y. Kaneko, G. Tatara, H. M. Ronnow, Y. Tokura, S. Seki
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 120 号: 3 ページ: 037203-037203

    • DOI

      10.1103/physrevlett.120.037203

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Spin-wave spectroscopy of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction in room-temperature chiral magnets hosting skyrmions2017

    • 著者名/発表者名
      R. Takagi, D. Morikawa, K. Karube, N. Kanazawa, K. Shibata, G. Tatara, Y. Tokunaga, T. Arima, Y. Taguchi, Y. Tokura, S. Seki
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 95 号: 22 ページ: 220406-220406

    • DOI

      10.1103/physrevb.95.220406

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Stabilization of magnetic skyrmions by uniaxial tensile strain2017

    • 著者名/発表者名
      S. Seki, Y. Okamura, K. Shibata, R. Takagi, N. D. Khanh, F. Kagawa, T. Arima, Y. Tokura
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 96 号: 22 ページ: 220404-220404

    • DOI

      10.1103/physrevb.96.220404

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Noncentrosymmetric Magnets Hosting Magnetic Skyrmions2017

    • 著者名/発表者名
      Naoya Kanazawa, Shinichiro Seki, Yoshinori Tokura
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: Online 号: 25 ページ: 1603227-1603227

    • DOI

      10.1002/adma.201603227

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [学会発表] スキルミオンひもを用いた情報伝送2019

    • 著者名/発表者名
      関 真一郎
    • 学会等名
      新学術領域研究「トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア」第4回領域研究会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coherent signal transfer through skyrmion strings2019

    • 著者名/発表者名
      S. Seki
    • 学会等名
      International School on Spintronics and Korea-Japan Spintronics Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] スキルミオンストリングを使った情報伝送2019

    • 著者名/発表者名
      関 真一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2019年春季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Coherent signal transfer along skyrmion strings2018

    • 著者名/発表者名
      S. Seki
    • 学会等名
      Kavli ITS-APW-Tsinghua-RIKEN Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Skyrmions in Chiral Multiferroic Insulators2018

    • 著者名/発表者名
      S. Seki
    • 学会等名
      International Conference on Magnetism (ICM)
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coherent signal transfer through skyrmion strings2018

    • 著者名/発表者名
      S. Seki
    • 学会等名
      Sol-Skymag
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetic skyrmions: Particles and Strings2018

    • 著者名/発表者名
      関 真一郎
    • 学会等名
      日本物理学会2018年秋季大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Magnetoelectric Dynamics of Skyrmions2017

    • 著者名/発表者名
      S. Seki
    • 学会等名
      Skyrmionics: Materials, Phenomena and Applications
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 磁気スキルミオン相における非相反なスピン波伝搬特性2017

    • 著者名/発表者名
      関真一郎、岡村嘉大、賀川史敬、十倉好紀
    • 学会等名
      日本物理学会2017年秋季大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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