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2019 年度 実績報告書

非共面磁気秩序による輸送現象におけるスピン揺らぎと乱れの効果

公募研究

研究領域トポロジーが紡ぐ物質科学のフロンティア
研究課題/領域番号 18H04222
研究機関東京大学

研究代表者

石塚 大晃  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (00786014)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2020-03-31
キーワード異常ホール効果 / 非相反電流 / 磁気散乱 / スキュー散乱 / 磁性金属 / カイラル磁性体
研究実績の概要

磁気揺らぎを用いた巨大応答の実現可能性を中心に,磁気散乱による輸送現象を調べた.これらの研究には,散乱理論とボルツマン方程式を組み合わせた計算の他,モンテカルロ法による数値シミュレーションを用いた.
まず,昨年度行った摂動法による解析に続き,本年度はより近藤結合が強い領域におけるスキュー散乱の解析を行った.強結合領域の解析を行うため,アンダーソン不純物模型を用いて散乱レートを調べた.得られた散乱レートの解析から,電子と磁気不純物の結合が強い極限で10度以上の大きなスキュー角を示すことを見出した.さらに,この結果を用いて電気伝導度を評価し,10度以上の大きなホール角が得られることを確認した.これらの結果は,スキュー散乱による巨大な異常ホール効果の実現を示唆する.
次に,昨年度用意したモンテカルロ法のコードを用いて,カイラルな磁気構造が生じる三角格子模型のホール伝導度を調べた.そして,磁気転移点近傍において,基底状態よりも1000倍近く大きな異常ホール効果が表れることを確認した.この結果により,磁気揺らぎによるホール効果が基底状態のそれよりも大きな応答を示すことを初めて示された.
最後に,磁気散乱による非相反応答を解析した.最近,MnSiで発見された非相反電流は,磁気散乱が起こしている可能性が高い.しかし,これまで理論的な理解は得られていない.我々は非相反電流の起源として,2スピン・クラスタによる非対称散乱を考えた.そして,2スピン・クラスタがベクトル・カイラリティによる非相反電流を生じることを見出した.この効果はこれまで金属では見られなかった大きな非相反電流を生じる.これらの結果は実験とよく一致する.
以上の結果は,熱的に揺らいだスピンの局所相関が多彩な輸送現象を示すことを明らかにした.特に,従来のメカニズムより大きな応答を磁気揺らぎが実現できることを理論的に示した.

現在までの達成度 (段落)

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和元年度が最終年度であるため、記入しない。

  • 研究成果

    (19件)

すべて 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (3件) 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 2件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 2件、 招待講演 2件)

  • [国際共同研究] University of Tennessee, Knoxville(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of Tennessee, Knoxville
  • [国際共同研究] Weissmann Institute of Science(イスラエル)

    • 国名
      イスラエル
    • 外国機関名
      Weissmann Institute of Science
  • [国際共同研究] Max Planck Institute(ドイツ)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Max Planck Institute
  • [雑誌論文] Real-space Berry curvature of itinerant electron systems with spin-orbit interaction2020

    • 著者名/発表者名
      Zhang Shang-Shun、Ishizuka Hiroaki、Zhang Hao、Hal?sz G?bor B.、Batista Cristian D.
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 101 ページ: 024420

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.101.024420

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Butterfly-shaped magnetoresistance in triangular-lattice antiferromagnet Ag2CrO22020

    • 著者名/発表者名
      Taniguchi Hiroki、Watanabe Mori、Tokuda Masashi、Suzuki Shota、Imada Eria、Ibe Takashi、Arakawa Tomonori、Yoshida Hiroyuki、Ishizuka Hiroaki、Kobayashi Kensuke、Niimi Yasuhiro
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 10 ページ: 2525

    • DOI

      10.1038/s41598-020-59578-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Rectification of Spin Current in Inversion-Asymmetric Magnets with Linearly Polarized Electromagnetic Waves2019

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka Hiroaki、Sato Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 122 ページ: 197702

    • DOI

      10.1103/PhysRevLett.122.197702

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Switchable magnetic bulk photovoltaic effect in the two-dimensional magnet CrI32019

    • 著者名/発表者名
      Zhang Yang、Holder Tobias、Ishizuka Hiroaki、de Juan Fernando、Nagaosa Naoto、Felser Claudia、Yan Binghai
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 3738

    • DOI

      10.1038/s41467-019-11832-3

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Colossal Enhancement of Spin-Chirality-Related Hall Effect by Thermal Fluctuation2019

    • 著者名/発表者名
      Kato Yasuyuki、Ishizuka Hiroaki
    • 雑誌名

      Physical Review Applied

      巻: 12 ページ: 021001

    • DOI

      10.1103/PhysRevApplied.12.021001

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Tilting dependence and anisotropy of anomaly-related magnetoconductance in type-II Weyl semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka Hiroaki、Nagaosa Naoto
    • 雑誌名

      Scientific Reports

      巻: 9 ページ: 16149

    • DOI

      10.1038/s41598-019-51846-x

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] A New Aspect of the Charged Domain Wall in Hexagonal RMnO3 Systems (R: Y, In)2019

    • 著者名/発表者名
      Mori Shigeo、Ishizuka Hiroaki、Cheong Sang-Wook、Nagaosa Naoto、Yamada Yasusada
    • 雑誌名

      Journal of the Physical Society of Japan

      巻: 88 ページ: 124603~124603

    • DOI

      10.7566/JPSJ.88.124603

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Theory for shift current of bosons: Photogalvanic spin current in ferrimagnetic and antiferromagnetic insulators2019

    • 著者名/発表者名
      Ishizuka Hiroaki、Sato Masahiro
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 100 ページ: 224411

    • DOI

      10.1103/PhysRevB.100.224411

    • 査読あり
  • [学会発表] Optical rectification of spin current in magnetic insulators2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka, Masahiro Sato
    • 学会等名
      3rd Asia Pacific Workshop on Quantum Magnetism
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Berry phase effect and transport phenomena in topological semimetals2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka
    • 学会等名
      Topological Materials Science Collaboration Workshop
    • 招待講演
  • [学会発表] Theory of photovoltaic effect in the THz frequency domain: Application to Weyl semimetals and magnetic insulators2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka
    • 学会等名
      CEMS Research Camp: Energy harvesting and information transforming
  • [学会発表] Theory of spin-current solar cells using quantum spin systems2019

    • 著者名/発表者名
      Hiroaki Ishizuka, Masahiro Sato
    • 学会等名
      CEMS Symposium on Emergent Quantum Materials 2019
    • 国際学会
  • [学会発表] 三角格子反強磁性体Ag2CrO2薄膜における磁気伝導測定2019

    • 著者名/発表者名
      谷口 祐紀, 渡邉 杜, 徳田 将志, 井邊 昂志, 荒川 智紀, 吉田 紘行, 石塚 大晃, 小林 研介, 新見 康洋
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [学会発表] スカラー・カイラリティによる大角度スキュー散乱の理論2019

    • 著者名/発表者名
      石塚 大晃, 永長 直人
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [学会発表] 直線偏光テラヘルツ光によるシフト・マグノン流生成の理論2019

    • 著者名/発表者名
      石塚 大晃, 佐藤 正寛
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会
  • [学会発表] レーザー駆動スピン流生成装置としてのフェリおよび反強磁性体2019

    • 著者名/発表者名
      佐藤 正寛, 石塚 大晃
    • 学会等名
      日本物理学会 2019年秋季大会

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公開日: 2021-01-27  

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