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原子層物質のスピン物性

公募研究

研究領域原子層科学
研究課題/領域番号 26107505
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
研究機関東北大学

研究代表者

野村 健太郎  東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (00455776)

研究期間 (年度) 2014-04-01 – 2016-03-31
研究課題ステータス 完了 (2015年度)
配分額 *注記
4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2015年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
2014年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
キーワード原子層物質 / スピントロニクス / 物性理論 / 原子層
研究実績の概要

グラフェンをはじめとする原子層物質のスピン物性とくにスピンダイナミクスに関する研究を進めた。原子層物質はゲート電極による電子密度の制御性と磁性体との接合のしやすさから、スピントロニクスデバイスへの応用が期待されている。
2次元電子系に強磁性絶縁体を接合させた系において、強磁性体の磁化ベクトルが時間変動する際に2次元系に発生するスピン流の計算を行った。パラボリックバンドの場合には2次元電子の状態密度に比例するスピン流が得られた。ポテンシャルが急峻な場合と滑らかに変化する場合で、ほとんど違いは見られなかった。一方、グラフェンに関しては、発生するスピン流はポテンシャルが急峻の場合にはクライントンネリングによって、フェルミ準位の値によらず常に有限であったが、滑らかに変化するポテンシャルの下ではパラボリックバンドの場合と同様に、フェルミ準位によってはゼロとなる。
グラフェンの他に硫化モリブデンの伝導帯と価電子帯のバンド構造を模型として、強磁性体・電子層物質接合系におけるスピン緩和のメカニズムを理論的に調べた。線形応答理論を用いてギルバート緩和係数の微視的導出に成功した。特にMoS2の価電子帯のように強いスピン軌道相互作用がある場合には、ギルバート緩和係数が異方的になり、2桁の違いが見られる。これらはスピン軌道相互作用のある系におけるスピンポンピング現象を明らかにするものであり、今後の実験的研究を先導するものとなる。

現在までの達成度 (段落)

27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

27年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2015 実績報告書
  • 2014 実績報告書
  • 研究成果

    (16件)

すべて 2016 2015 2014

すべて 雑誌論文 (9件) (うち査読あり 9件、 謝辞記載あり 9件、 オープンアクセス 1件) 学会発表 (7件) (うち国際学会 4件、 招待講演 7件)

  • [雑誌論文] Chiral Magnetic Effect and Anomalous Hall Effect in Antiferromagnetic Insulators with Spin-Orbit Coupling2016

    • 著者名/発表者名
      A. Sekine, K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 116 号: 9

    • DOI

      10.1103/physrevlett.116.096401

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin textures and spin-wave excitations in doped Dirac-Weyl semimetals2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Araki, K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 93 号: 9 ページ: 094438-094438

    • DOI

      10.1103/physrevb.93.094438

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Finite-temperature effective boundary theory of the quantized thermal Hall effect2016

    • 著者名/発表者名
      R. Nakai, S. Ryu and K. Nomura
    • 雑誌名

      New J. Phys.

      巻: 18 号: 2 ページ: 023038-023038

    • DOI

      10.1088/1367-2630/18/2/023038

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Charge-Induced Spin Torque in Anomalous Hall Ferromagnets2015

    • 著者名/発表者名
      K. Nomura, D. Kurebayashi
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 115 号: 12 ページ: 127201-127201

    • DOI

      10.1103/physrevlett.115.127201

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Quantum thermal Hall effect of Majorana fermions on the surface of superconducting topological insulators2015

    • 著者名/発表者名
      Y. Shimizu, A. Yamakage, K. Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 91 号: 19

    • DOI

      10.1103/physrevb.91.195139

    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Stability of Multinode Dirac Semimetals against Strong Long-Range Correlations2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 90 号: 7

    • DOI

      10.1103/physrevb.90.075137

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Weyl semimetal phase in solid-solution narrow-gap semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Daichi Kurebayashi, Kentaro Nomura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 号: 6 ページ: 063709-063709

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.063709

    • NAID

      40020091498

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Axionic Antiferromagnetic Insulator Phase in a Correlated and Spin-Orbit Coupled System2014

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Sekine and Kentaro Nomura
    • 雑誌名

      J. Phys. Soc. Jpn.

      巻: 83 号: 10 ページ: 104709-104709

    • DOI

      10.7566/jpsj.83.104709

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Spin-Electricity Conversion Induced by Spin Injection into Topological Insulators2014

    • 著者名/発表者名
      Y. Shiomi, K. Nomura, Y. Kajiwara, K. Eto, M. Novak, K. Segawa, Y. Ando and E. Saitoh
    • 雑誌名

      Phys. Rev. Lett.

      巻: 113 号: 19 ページ: 196601-196601

    • DOI

      10.1103/physrevlett.113.196601

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] Recent development in Weyl semimetals2016

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      Topological Science Kick-Off Symposium
    • 発表場所
      Keio University
    • 年月日
      2016-03-14
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ワイル半金属におけるカイラル量子異常と電荷磁化結合2015

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      第9回物性科学領域横断研究会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2015-11-13
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Chiral anomaly and coupled charge-magnetization excitation in a Weyl semimetal2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      International workshop: Mathematical Approach to Topological Phases in Spintronics
    • 発表場所
      Tohoku University
    • 年月日
      2015-10-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ディラック電子系のスピン物性2015

    • 著者名/発表者名
      野村健太郎
    • 学会等名
      日本物理学会秋季大会
    • 発表場所
      関西大学
    • 年月日
      2015-09-18
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Spintronics in topological materials2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      Novel Quantum Materials and Systems
    • 発表場所
      Lorentz Center, the Netherland
    • 年月日
      2015-09-08
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Coupled charge and magnetization in a Weyl semimetal2015

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      New Perspectives in Spintronic and Mesoscopic Physics
    • 発表場所
      Kashiwa
    • 年月日
      2015-06-12
    • 関連する報告書
      2015 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Weyl semimetal phase in spin-orbit coupled semiconductors2014

    • 著者名/発表者名
      Kentaro Nomura
    • 学会等名
      Novel Quantum States in Condensed Matter 2014
    • 発表場所
      京都大学
    • 年月日
      2014-11-13
    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 招待講演

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公開日: 2014-04-04   更新日: 2018-03-28  

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