マクロな時間反転対称性の破れた反強磁性体の物質設計と電気的制御

宏观时间反演对称性破缺的反铁磁体材料设计与电控

基本信息

批准号：
21H04440
负责人：
関真一郎
金额：
$ 27.54万
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 (A)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-05 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H04440/
关键词：
スピントロニクス

项目摘要

本研究では、これまで実験的に未開拓だった時間反転対称性の破れた反強磁性体の集中的な探索を行うとともに、その特異な仮想磁場の存在から期待される様々な物質機能（通常の反強磁性体では不可能と考えられてきた「↑↓」「↓↑」状態の電気的な読み出し・書き込み等）を実証することを目指している。本年度は、このような機能を実現する新物質を設計するための一般的な指針を確立するため、群論に基づく網羅的・系統的な対称性の解析と、物質構造データベースと照らし合わせた具体的な候補物質の抽出を行った。この結果をもとに、実験的な物質合成・磁気輸送特性の評価を進めた結果、当初の狙い通り、時間反転対称性の破れに起因した異常ホール効果を室温で生じる、新たな反強磁性物質を発見することに成功した。さらに、関連して第一原理計算を行った結果、この物質中では時間反転対称性の破れた反強磁性秩序相において、ベリー曲率の総和がキャンセルせずに生き残ることで仮想磁場の役割を果たし、これが異常ホール効果の起源となっていることが明らかになった。上記の結果は、対称性に立脚した物質設計指針が非常に有効に機能することを示しており、今後さらに巨大な応答を示す新物質の開拓が期待される。また、室温動作可能な新物質の発見は、強磁性体中の磁化が従来担ってきた様々な物質機能を反強磁性体中の仮想磁場によって置き換えた、反強磁性スピントロニクスの実現可能性を強く示唆しており、電気的・光学的なアプローチを通じた更なる制御手法の開拓も期待できると考えられる。

这项研究旨在对以前没有探索的较破裂的对称对称性进行密集搜索，并证明从存在一个独特的虚拟磁场（在“↑↓”中的电气读数和写作的“↑↓”和“↓↑”状态下，这是不可能使用普通抗fiferferromagnets的国家所期望的各种材料功能）。在今年，为了建立设计实现此类功能的新物质的一般准则，我们基于群体理论进行了全面和系统的对称分析，并与材料结构数据库相比提取了特定的候选物质。基于这些结果，我们对材料合成和磁运输特性进行了实验评估，并且按照最初的意图，我们成功地发现了一种新的抗铁磁材料，该材料在室温下由于破坏时间变发对称性而在室温下产生异常的霍尔效应。此外，与第一个原理计算有关，在这种材料中，在反铁磁有序阶段中，具有延时的对称性，浆果曲率的总和无需取消就可以生存，并且这是虚拟磁场的作用，这是异常大厅效应的起源。以上结果表明，基于对称的材料设计指南将非常有效地发挥作用，我们希望开发新材料，这些材料将来会显示出更大的响应。此外，发现可以在室温下操作的新材料的发现表明，反铁磁旋转型旋转的可行性，它代替了以前通过磁化材料磁化磁化的各种材料功能，可以通过磁化材料携带的铁磁材料携带，并且可以预期通过电气和选择方法进一步开发控制方法，并且可以预期进行控制方法。