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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。

This research aims to carry out an unexplored and concentrated exploration of antiferromagnets that break the time-reversal symmetry and demonstrate that the existence of a specific magnetic field can provide the same physical functions as expected (for ordinary antiferromagnets, it is impossible to test the "↑↓" and "↓ ↓" states of electricity, such as the power of electricity). This year, new material design, general guidelines, group theory, systematic symmetry analysis, material structure design, illumination, and specific candidate material extraction were developed. The results show that the synthesis and magnetic transport properties of new antiferromagnetic materials have been successfully investigated. The results of the first-principle calculations show that the time symmetry of the antiferromagnetic order phase in the matter is opposite to that of the time symmetry phase, and that the curvature of the matter is opposite to that of the time symmetry phase. The above results show that the design guidelines for symmetrical materials are very functional, and that new materials are expected to be developed in the future. It is possible to discover new substances at room temperature, magnetization in ferromagnetic materials, material function, magnetic field in antiferromagnetic materials, and possibility of realization of antiferromagnetic materials.