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

时间反转对称性破缺的反铁磁体的材料设计和电操控

基本信息

批准号：
21H04990
负责人：
関真一郎
金额：
$ 120.31万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-07-05 至 2026-03-31
项目状态：
未结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04990/
关键词：
スピントロニクス反強磁性体

项目摘要

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。

今年，第一年，我们详细研究了Conb3s6/cota3s6的物理特性，conb3s6/cota3s6是一种与磁性离子插入的分层范德华材料，是与时间变发对称性损坏的抗fiferromagnet的具体示例。尽管发现该材料的磁化接近零，但已发现该材料表现出与铁磁体相当的巨大自发效应。据说先前的报道已经达到了一种简单的反平行抗抗铁磁结构，但是使用偏振中子散射实验的新磁性结构分析表明，已经实现了全方位的非跨型抗铁磁磁性结构。通常，从理论上讲，在非旋转旋转纹理下进行电子移动时，它们会通过获得额外的浆果相，可以感觉到一个巨大的虚拟磁场。据透露，在这种材料中观察到的巨大的自发性大厅效应与磁化无关，可以很好地理解为源自这种虚拟磁场的拓扑厅效应。 CONB3S6/COTA3S6是一种罕见的材料系统，在该系统中，时间和空间反演对称性同时损坏，并且可以预期可以通过各种电气和光学方法编写和读取抗firomagnetic域。此外，通过基于系统的磁对称性为材料设计创建详尽的“地图”，我们成功地发现了通过简单的反平行反铁磁性旋转结构破坏时间内对称性的新材料，目前正在阐明其详细的磁性和电气运输特性，并开发更多类似的材料。