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2013 年度 実績報告書

スピン構造に由来するベリー位相と光による新奇な磁気光学効果の理論研究

研究課題

研究課題/領域番号 13J03141
研究機関名古屋大学

研究代表者

田口 勝久  名古屋大学, 大学院工学研究科, 特別研究員(PD)

キーワードトポロジカル絶縁体 / 磁気抵抗効果 / スピン偏極電流 / トポロジカル絶縁体/磁性体接合系 / スピン拡散 / 磁気抵抗
研究概要

今年度は、トポロジカル絶縁体/磁性体接合系でのスピントロニクスの研究をする予定だった。そこで今回、トポロジカル絶縁体表面上でのスピン拡散を考慮した、強磁性体(F1)/トポロジカル絶縁体(TI)/強磁性体(F2)接合系での磁気抵抗効果を中心に研究し、その成果を論文として発表した。
これまでのF1/TI/F2接合系での磁気抵抗効果の研究は、TI表面の電子伝導が弾道的に運動する領域のもとで解析が進められていた。しかし、実際のTI表面には不純物が存在し、それにより電子は拡散的に運動する。そこで本研究では、TI表面の拡散運動、特にTI表面のスピン拡散、を考慮した磁気抵抗効果について研究した。今回考察した配置は、3次元TIの片面にF1とF2を接合し、F1とF2の磁化の向きは±y方向の2方向、印加電流はx方向となっている。この配置のもとで、Burkov-Hawthornのスピン拡散方程式を使ってTI表面の電気抵抗を計算した。スピン拡散方程式の解を得るにあたって、スピン偏極電流に関する境界条件をつかった。計算の結果、磁化が平行のときは抵抗が磁化に依存せず、オームの法則に従う電気抵抗Rとなることが分かった。一方、磁化が反平行のときは抵抗が磁化に依存する。特にF1、F2の磁化が-y(+y), +y(-y)方向のとき、抵抗はRより減少(増加)するといった、印加電流方向への異方性が存在する。この異方性はTI表面のDiracコーンのカイラリティ(時計回り/反時計まわり)の自由度を反映している。

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

当初予定していた1年目の計画より先に、2年目に計画していた研究(トポロジカル絶縁体に磁性体を接合させた系でのスピン依存現象)の1つを終えることができたため。

今後の研究の推進方策

一年目の研究計画を終了させる。近年、バルクにDiracコーンが存在する物質―ワイル半金属―における奇妙な電気磁気効果について研究が盛んに行われているが、その最新の情報を国際会議に参加して手に入れる予定。

  • 研究成果

    (9件)

すべて 2014 2013 その他

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件) 学会発表 (6件) 備考 (1件)

  • [雑誌論文] Giant magnetoresistance in the junction of two ferromagnets on the surface of diffusive to Dological insulators2014

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Taguchi, Takehito Yokoyama, and Yukio Tanaka
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 89 ページ: 085407-085412

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.89.085407

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Inverse faraday effect driven by spin chirality in weak ferromagnets2013

    • 著者名/発表者名
      Katsuhisa Taguchi and Gen Tatara
    • 雑誌名

      Journal of the Korean Physical Society

      巻: 62 ページ: 1759-1762

    • DOI

      10.3938/jkps.62.1759

    • 査読あり
  • [学会発表] ワイル半金属におけるスピン依存伝導2014

    • 著者名/発表者名
      田口 勝久
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      東海大学
    • 年月日
      2014-03-29
  • [学会発表] Magnetoresistance in a junction of two ferromagmets on the surface of topological insulators2014

    • 著者名/発表者名
      田口 勝久
    • 学会等名
      American Physical Society March Meeting
    • 発表場所
      Denver, USA
    • 年月日
      2014-03-06
  • [学会発表] 強磁性体/トポロジカル絶縁体接合系における磁気抵抗効果2013

    • 著者名/発表者名
      田口 勝久
    • 学会等名
      対称性の破れた凝縮系におけるトポロジカル量子現象"第4回領域研究会"
    • 発表場所
      名古屋大学
    • 年月日
      20131219-21
  • [学会発表] Magnetoresistance in a junction of two ferromagnets on the surface of topological insulators2013

    • 著者名/発表者名
      田口 勝久
    • 学会等名
      International Workshop for Young Researchers on Topological Quantum Phenomena
    • 発表場所
      沖縄
    • 年月日
      20131022-26
  • [学会発表] 強磁性体/トポロジカル絶縁体接合系における磁気抵抗効果2013

    • 著者名/発表者名
      田口 勝久
    • 学会等名
      第7回物性科学領域横断研究会
    • 発表場所
      東京大学
    • 年月日
      2013-12-02
  • [学会発表] トポロジカル絶縁体における磁気抵抗効果2013

    • 著者名/発表者名
      田口 勝久
    • 学会等名
      日本物理学会
    • 発表場所
      徳島大学
    • 年月日
      2013-09-25
  • [備考]

    • URL

      http://www.rover.nuap.nagoya-u.ac.jp

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公開日: 2015-07-15  

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