2017 Fiscal Year Annual Research Report
トポロジカル絶縁体・超伝導体における電流・熱流・スピン流の新奇な創発現象
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16J01981
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
小林 浩二 東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2016-04-22 – 2019-03-31
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| Keywords | トポロジカル量子系 / 輸送現象 / 磁気抵抗効果 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度はWeylセミメタルにおける輸送現象について研究を行った。本研究で我々は強磁性Weylセミメタルにおいて発現し得る、Weyl電子のヘリシティによって保護された特殊な磁気抵抗効果を発見した。磁気抵抗効果はスピントロニクスへの応用において重要であると同時に、Weylセミメタルの観測可能な特徴的現象としても期待される。我々は詳細な数値計算に基づき、この特殊な磁気抵抗効果の性質について調べた。異なる磁気構造における伝導特性を調べることで、従来の磁気抵抗効果とは異なり、Weylセミメタルの磁気抵抗効果は磁壁(磁化のなだらかな空間変化)によって抑制されないことが分かった。さらにこの効果は乱れ(非磁性／磁性不純物)に対しても非常に安定であり、乱れの存在下でも極めて大きな(ほぼ100%の)磁気抵抗を示すことが確かめられた。従来型磁気抵抗効果との比較のため理想的なハーフメタルの伝導特性も同時に計算して比較したところ、これらの性質が顕著に異なっており、Weylセミメタルにおける磁気抵抗効果が全く新しいメカニズムによっていることが明らかになった。特に、反平行な磁化構造における巨大な磁気抵抗は、前年度の成果であるWeylノード(フェルミ面)のずれによる抵抗だけでなく、ヘリシティ不整合による抵抗が顕著に現れる例であり、磁性Weylセミメタル特有の量子輸送現象であると期待される。さらに、トポロジカル量子系における現象の特徴として系の詳細な磁気構造によらないことや乱れに対し安定なことから、スピントロニクス・デバイスへの応用も期待される。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
Weylセミメタルの磁気抵抗効果については当初の想定以上に重要で興味深い結果が得られた。慎重に計算を進め詳細を詰めたことで論文の完成に時間が掛かり、全体としては計画よりも遅れが出ているが、重要な発見について完成度の高い研究／論文が出来たという点においては順調であると言える。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は当初の計画通り、スピン・熱輸送に注目して研究を進める。反復Green関数法によって多端子伝導を計算する準備を既に進めており、特にラインノード半金属などの新奇な系の輸送特性を調べることで興味深い現象が見られると期待される。
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