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我々は昨年度までの研究において、ワイル半金属中ではワイル電子系が有するカイラルゲージ対称性により従来知られていた形のスピン移行トルクが生じないことを明らかにした。一方で、ワイル半金属中では強いスピン軌道相互作用に起因しスピンテクスチャーが電荷を帯びることが知られており、そのため電場によりスピンテクスチャーの駆動が可能であることが理論的に提案されている。この結果は、ワイル半金属中でも空間的に非一様な磁気構造下で生じるスピントルクが存在することを示唆しているものである。
そこで、我々は本年度の研究において、ワイル半金属中の磁気構造が空間的に非一様な場合に新たに生じるスピントルクの解析的な表式を得ることを目的とした。本研究では、ディラック・ワイル電子系の非平衡スピン期待値を、外部電場と空間依存した局在スピンの応答として導出した。ワイル半金属においては、局在電子スピンが電子系に対するカイラルベクトルポテンシャルとして作用するため、カイラル電流とスピン応答を同一視することできる。この性質を応用し、ボルツマン輸送理論を用いカイラル電流を求めることで、非平衡スピン期待値を導出した。その結果として、ワイル半金属中におけるスピン移行トルクの表式を解析的に導出することに成功した。
今回得られたスピントルクの表式は、従来知られている一般的な強磁性金属中で生じるスピン移行トルクとは異なり、ワイル半金属に特有の現象である。また、スピンテクスチャーが空間的に急峻に変化をしている場合は、緩和時間への依存性がなくなり、これはつまり電子系における散逸がないスピントルクとなっている。さらに、このスピントルクによる磁壁駆動が可能であることを明らかにした。従来のスピン移行トルクによるものに比べ、今回得られたスピントルクは電子系での散逸がないことから消費エネルギーが少ない磁壁駆動が可能であると期待される。
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