| 研究課題/領域番号 |
17K05485
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| 研究機関 | 東北大学 |
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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)
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| 研究期間 (年度) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| キーワード | スピン物性 / トポロジカル物質 |
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| 研究実績の概要 |
初年度に当たる２９年度は、磁性ワイル半金属の磁気抵抗効果の理論的研究に着手した。通常の強磁性金属は局在スピンが急峻な変化を持つとき大きい磁気抵抗効果を有することが知られているが、有限の幅のドメインウォールを通過する際には磁気抵抗効果は著しく低下する。今年度は磁性ワイル半金属の磁気抵抗効果を数値シミュレーションの方法を用いて解析した。当方的なスピン軌道相互作用からなるワイル半金属の場合にはドメインウォールの幅によらず強い磁気抵抗効果を有することを明らかにした。一方、異方的なスピン軌道相互作用の場合には磁気抵抗効果はドメインウォール幅が有限になると低下することがわかった。
また、磁性ワイル半金属において、局在スピン磁化が時間変動した際の電荷ダイナミクスの問題を扱った。ドメインウォールや磁気渦、スカーミオンなどのテクスチャーは電荷と強く結合しており、テクスチャーが時間変動する際には、それに伴って電流が発生することを明らかにした。
CrI3の原子層物質は単層の場合に強磁性秩序を有することで、最近注目を集めている。これが2層構造を有するときにはそれぞれの層が逆のスピン磁化を示し、反強磁性状態になることが知られている。今年度はこの２層反強磁性体において、電界効果によって有限のスピン磁化を生成することを検証した。第一原理計算から有効スピン模型の結合定数を印加電場の関数として求め、全スピン磁化を温度の関数として計算を行なった。この結果、転移温度近傍では全スピン磁化が電場によって強く生成されることを見出した。
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| 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
上で述べた研究は概ね順調に進んでいる。磁気ドメインウォールに働くスピントルクを解析的に導出し、電場誘起スピントルク効果を格子模型を用いて数値的に検証した。ここまでは予定通りである。乱れの効果を検証するための大規模シミュレーションは次年度に持ち越された。
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| 今後の研究の推進方策 |
今後はトポロジカルディラック半金属と呼ばれる物質を用いた、局在スピン磁化の電気的制御の問題に着手する。この物質はフェルミ準位がゼロの場合にはバルクの伝導率がゼロになることが知られており、低エネルギー損失のスピントロニクスデバイスへの応用が期待できる。量子系の実時間発展の理論形式を用いて、電場によってスピン流が発生しる様子と、それが近接する強磁性体のスピン磁化を反転する機構を研究する。
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| 次年度使用額が生じた理由 |
初年度、大規模数値シミュレーション用のワークステーションを購入予定であったが、初年度の計算は既存の計算機で行うことができた。２年度からは大規模な計算を行うため、最新のワークステーションを購入するほうが効率が良いことから、初年度のワークステーション購入を見送った。
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