| 研究課題/領域番号 |
16K13834
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| 研究機関 | 東京工業大学 |
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研究代表者 |
村上 修一 東京工業大学, 理学院, 教授 (30282685)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | 物性理論 / スピントロニクス |
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| 研究実績の概要 |
本年度は以下の２項目について研究を行った。第一に、空間反転対称性の破れた結晶でのカイラル伝導について引き続き考察した。らせん状の系では結晶構造が右巻きないし左巻きとなり、古典的なソレノイドとの類推から、結晶の巻き方によって、電流を流すとそれと平行ないし反平行に磁化が生じると我々は以前予言し、カイラル伝導と呼んでいる。こうした電流誘起軌道磁化について、極性金属へと対象を広げて研究しており、例として極性金属SnPにおいて極性方向と垂直に電流を流した時に、極性方向と電流との両方に垂直向きに軌道磁化が現れることを見出した。共同研究者の第一原理計算から得たSnPに関するパラメタを用いてその値を定量評価して、十分観測しうる大きさであることを示した。さらにSnPを模した簡単な強束縛模型を構築して、その電流誘起軌道磁化を計算し、模型のパラメタへの依存性からその物理的な期限を考察した。こうした効果は、バルクで空間反転対称性が破れた結晶以外にも、表面や界面など空間的な構造で空間反転対称性が破れた系にも広く現れるはずであり、理論・実験面で今後の広がりが期待できる。第二に、結晶の低い対称性に起因する同様の特異な物理現象がほかの物理現象でみられるかを考察した。特に電子系の電気磁気効果に類似の効果がフォノンに対しても起こることを見出した。簡単な反強磁性体の模型で、時間反転操作と空間反転操作の積がよい対称性となるようなものを構築し、そこで電場を印加するとフォノンの角運動量が生み出されるという現象を理論的に見出した。これは結晶の空間反転対称性の破れに起因しており、それと磁性との協奏現象としてフォノンにも特異な現象が現れることを示している。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
1: 当初の計画以上に進展している
理由
平成３０年度に、電流誘起軌道磁化がSnPなどの極性金属でも、観測しうる大きさで現れることを定量的に示した。これは電流誘起軌道磁化が広い範囲の物質で見られることを示しており、今後の実験・理論研究に大きな波及効果をもたらすものである。従来の研究では、結晶格子の構造に直接起因する物理、例えばらせん形の結晶構造からソレノイド的な物性現象を生み出す、などの方向性は今までになく、多様な結晶構造を直接反映した物理現象は今後大きな広がりが予想される。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後SnP等の実際の物質についての電流誘起軌道磁化を、第一原理計算に基づいて計算し、その結果を論文や学会等で発表する。またこうした結果と古典論との関係を追究する。特に古典的な電気回路との類推は重要な課題である。例えばSnPなどの物質の構造を模した回路網を考えて、その場合に電流誘起軌道磁化が出うるかを考察する。これにより、どのような結晶構造が電流誘起軌道磁化を大きく発現しうるか、また量子論において、古典論を大きく超えた電流誘起軌道磁化の増大がありうるかを議論することができる。特にらせん結晶については以前、古典的な場合に比べて、量子論では電流誘起軌道磁化が大きく増大する結果を得ており、この増大がどのような要因で決定されるかを同定するのは理論的に重要な課題である。その課題に対して、簡単な強束縛模型と回路の模型を比較し、種々のパラメタに対する依存性を見ることで解決を試みる。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
研究の進展に伴い、第一原理計算による物質探索および回路理論との比較をより強力に推進する必要が出てきたため、そうした研究内容に関する検討、研究打ち合わせや成果発表を次年度に行う予算を確保することとなった。
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