Material design and electrical manipulation of antiferromagnets with broken time-reversal symmetry

初年度にあたる本年度は、時間反転対称性の破れた反強磁性体の具体例として、磁性イオンがインターカレートされた層状ファンデルワールス物質であるCoNb3S6/CoTa3S6の物性を詳細に調べた。この物質は、磁化がほぼゼロであるにも関わらず、強磁性体に匹敵する巨大な自発ホール効果を示すことがわかっている。過去の報告では、単純な反平行型の反強磁性構造が実現しているとされていたが、新たに偏極中性子散乱実験による磁気構造解析を行った結果、all-in-all-out型の非共面な反強磁性磁気構造が実現していることがわかった。一般に、伝導電子が非共面なスピンテクスチャの下で運動する際には、余分なベリー位相を獲得することで巨大な仮想磁場を感じることが理論的に予測されている。本物質で観測された磁化に依存しない巨大な自発ホール効果は、こうした仮想磁場に由来したトポロジカルホール効果として良く理解できることが明らかになった。CoNb3S6/CoTa3S6は時間・空間反転対称性の両方が同時に破れた希有な物質系となっており、様々な電気的・光学的手法による反強磁性ドメインの書き込み・読み出しが可能である事が期待される。また、系の磁気対称性に基づく物質設計のための網羅的な「地図」を作成することで、単純な反平行型反強磁性スピン構造によって時間反転対称性を破るような新物質を発見することにも成功し、その詳細な磁性・電気輸送特性の解明と、さらなる類似物質の開拓を現在進めている。

初年度にあたる本年度は、時間反転対称性の破れた反強磁性体の具体例として、磁性イオンがインターカレートされた層状ファンデルワールス物質であるCoNb3S6/CoTa3S6の物性を詳細に調べた。この物質は、磁化がほぼゼロであるにも関わらず、強磁性体に匹敵する巨大な自発ホール効果を示すことがわかっている。過去の報告では、単純な反平行型の反強磁性構造が実現しているとされていたが、新たに偏極中性子散乱実験による磁気構造解析を行った結果、all-in-all-out型の非共面な反強磁性磁気構造が実現していることがわかった。一般に、伝導電子が非共面なスピンテクスチャの下で運動する際には、余分なベリー位相を獲得することで巨大な仮想磁場を感じることが理論的に予測されている。本物質で観測された磁化に依存しない巨大な自発ホール効果は、こうした仮想磁場に由来したトポロジカルホール効果として良く理解できることが明らかになった。CoNb3S6/CoTa3S6は時間・空間反転対称性の両方が同時に破れた希有な物質系となっており、様々な電気的・光学的手法による反強磁性ドメインの書き込み・読み出しが可能である事が期待される。また、系の磁気対称性に基づく物質設計のための網羅的な「地図」を作成することで、単純な反平行型反強磁性スピン構造によって時間反転対称性を破るような新物質を発見することにも成功し、その詳細な磁性・電気輸送特性の解明と、さらなる類似物質の開拓を現在進めている。