Exploration of novel material functions utilizing angular momentum conversion in symmetry-broken magnets

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本研究課題では、空間反転対称性や時間反転対称性の破れによって顕在化した電子、フォノン（弾性波）、マグノンなどの角運動量の変換現象を研究することを目的としている。本年度は、様々なキラリティを持つ物質において期待されるスピンと電流の変換効果を探求した。その中で、らせん状に配列した磁気構造をもちキラリティが存在するヘリカル磁性体MnAu2において、キラリティに依存した電流誘起のスピン分極を、Pt電極に拡散させ逆スピンホール効果を利用することにより検出することに成功した。これは、伝導電子が局在スピンの方向を向かされながら伝搬することによってベリー位相を獲得することで生じる効果である。この効果を利用すると、ヘリカル磁性体のキラリティを外部磁場なしにプローブ出来ることから、ヘリカル磁性体をもとにしたスピントロニクスに貢献できる可能性がある。一方で、弾性波の角運動量に関する効果の開拓も行った。LiNbO3圧電体基板上にトポロジカルなフォノニック結晶として機能するハニカム格子に配列したピラーの周期構造を作製した。このピラーには左右に回転し角運動量を有する局在固有モードがあり、周期的に並べた場合その内部自由度に関するトポロジカルな性質が現れることで弾性波版の量子バレーホール効果が実現している。このデバイスにおける2.4GHz程度にあるエッジ状態をマイクロ波顕微鏡を用いてプローブすることに成功した。このような結果は、将来的に弾性波デバイスの高度化に貢献できる可能性がある。