研究課題
本研究では、粒子性を伴った渦状のスピン構造体「スキルミオン」の共鳴振動を駆動することで、量子力学的なベリー位相に由来して伝導電子が感じる創発電場（スピン起電力）を実験的に検出することを目的としている。こうした創発電場は、スピンテクスチャの磁気変調周期が短いほど大きくなるとされ、数十ナノメートル程度の直径を伴ったスキルミオンは、巨大なスピン起電力の観測に理想的な系であると考えられる。今年度は特に、70ナノメートル程度の直径のスキルミオンを伴ったキラルな結晶構造の強磁性金属FeGeに焦点を絞って、磁気共鳴と同じ周波数で発現するスピン起電力の測定を試みた。この結果、スキルミオン磁気相において、磁気共鳴の条件下においてのみ、実際に50μV程度（電極間距離は10μm、磁場振幅は1Oe程度）の起電力が発現することを発見した。この値は先行する理論研究から予測されている値と概ね符合するものである。一方で、スキルミオン相以外の強磁性相・らせん磁性相においても、やはり磁気共鳴に伴って共鳴周波数でのみ有限の起電力が生じていることがわかった。最近の理論的な研究によると、空間反転対称性の破れた結晶構造を伴う金属中では、スピン軌道相互作用に由来した電子バンドのスピン分裂のために、通常の強磁性相における磁気共鳴の場合でも有限のスピン起源力が生じて良いとされている。このため、今回観測された起電力は、(1)実空間におけるスキルミオン・(2)逆格子空間におけるスピン分裂、の２つの機構によるスピン起電力を反映している可能性があると考えられ、現在その詳細な解析を進めている。
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Physical Review Letters
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