2023 Fiscal Year Research-status Report
Exploration of Emergent Functional Properties in Topological Semimetals with Strong Magnetic Coupling
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22KJ0212
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
メイヨー アレックス浩 東北大学, 金属材料研究所, 特別研究員(PD)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2025-03-31
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| Keywords | 磁性 / 非相反電気伝導 / キラリティ / 半金属 / 集束イオンビーム |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は、磁性半金属EuP3を対象としてらせん磁性体における非相反電気伝導の研究、及びらせんの巻き方の電流・磁場制御特性の調査に取り組んだ。
これまでに、バルクの単結晶試料に対して集束イオンビーム(FIB)による微細加工を用いることで高密度電流の印加が可能なデバイス作製に取り組み、作製条件の最適化を行ってきた。作製されたデバイスは基礎的な物性測定により加工前のバルク試料の物性を再現することが確認された。このデバイスを用いて、マンガン化合物にてこれまでに成功が確認された手法に倣い、電流・磁場の同時印加によるカイラリティ(らせんの巻き方)制御プロセスを施し、非相反電気伝導の測定実験を行った。
1. カイラリティ制御に関しては、一定の効果は示唆されたものの、完全なカイラリティ制御は実現されなかった。要因としては、EuP3の磁気転移温度がマンガン化合物に比べ極めて低く、制御に際して大きな電流を印加するとジュール発熱により試料温度が上昇してしまうため、転移温度を超えない範囲に電流密度の最大値が制限された結果、部分的な制御に留まったものと考えられる。しかし、本制御プロセスを施すことにより、後述する非相反電気伝導の信号を有限に検出することができた点で重要な効果があったと言える。
2. カイラリティ制御プロセスを施した試料において、非自明な磁場発展を示す大きな非相反電気抵抗率の信号を観測することに成功した。これまでらせん磁性体における非相反電気伝導は、磁気構造の対称性に依存することがよく知られていたが、今回観測された振る舞いは単に実空間の磁気構造だけには帰着できず、別の機構の存在を示唆した。そこで第一原理計算により電子構造の磁場発展を調べたところ、実空間のカイラルな磁気構造が波数空間の電子構造の非対称な変形をもたらし、EuP3での特異な振る舞いを発現させていることがわかった。
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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
集束イオンビームを用いた微細加工デバイスの作製に成功し、効率的なキラリティ検出を可能とする非相反伝導のメカニズムに関する重要な知見を得ることができた。得られた成果は日本物理学会および米国物理学会で発表を行い、論文にも纏め現在学術誌に投稿中である。以上から、本研究課題は概ね順調に進展しているといえる。
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| Strategy for Future Research Activity |
海外研究機関への渡航を行い、磁性と伝導が強く結合した磁性材料の物質開拓を進める。
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