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Electromagnetic response of Weyl antiferromagnet studied by terahertz spectroscopy

太赫兹光谱研究外尔反铁磁体的电磁响应

基本信息

批准号：
20J01422
负责人：
松田拓也
金额：
$ 2.83万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2023-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究課題ではテラヘルツ分光測定を通してワイル反強磁性体Mn3Snの電磁応答の理解を進め、光を用いてワイル磁性を高速に制御することを目指している。２０２２年度は主に（１）極端光励起非平衡下で現れる散乱の受けにくく有効質量の軽いキャリアを発見し、（２）テラヘルツ電場による超高速磁化制御実験を行った。（１）ワイル磁性体Mn3Snに非常に強いパルスレーザーを照射した際の極端な非平衡状態に注目し、テラヘルツ分光法を用いてホール伝導度を調べた。ある閾値を超えた高強度レーザーを照射すると、異常ホール効果が小さくなるとともにサイクロトロン共鳴が出現することを発見した。その結果から平衡状態と比べてキャリアの移動度が2000倍以上も高くなったことを見出した。平衡状態では電子間に強い多体相関が働くことでバンド構造が大きく変化して有効質量が非常に重くなるばかりか、散乱時間が10 fs以下であることがわかっている。一方、本研究では高密度光励起されたキャリアによって、もともと存在する多体相関が遮蔽されてバンド構造が著しく変化した結果、移動度の高いキャリアが現れたと考えられ、これはまさにワイルフェルミオンの性質が顕在化したことを強く示唆している。また本研究は、極端非平衡状態特有の振る舞いを時間分解ホール伝導度測定から明らかにしたものとして、今後様々な強相関電子系に対して適用されうる手法を開拓した重要な結果であると考えられる。（２）テラヘルツ波の電場成分によって磁化を制御し、可視光のKerr回転でプローブし、電流パルスで磁化を初期化する、「テラヘルツポンプーKerr回転プローブー電流リセット測定」を、２０ｕｍ角のTa/Mn3Snヘテロ薄膜に対して行った。その結果、テラヘルツ電場によって磁化を超高速に変調することにすることに成功した。

This research project aims to improve the understanding of electromagnetic response of antiferromagnet Mn3Sn through spectroscopic measurement, optical application and high speed control. In 2022, the main problems are: (1) the occurrence of scattering under extreme light excitation,(2) the occurrence of hypervelocity magnetization under extreme light excitation, and (3) the occurrence of hypervelocity magnetization. (1) The magnetic Mn3Sn material is very strong, and its conductivity is adjusted by the spectroscopic method. The high intensity of the radiation caused by the abnormal radiation The result is that the mobility of the balance state is more than 2000 times higher than that of the balance state Equilibrium state: strong multi-body correlation between electrons; structure: large change; mass: very heavy; scattering time: less than 10 fs. On the one hand, this study shows that high density optical excitation causes multi-body correlation, and the structure of multi-body correlation causes high mobility, and the properties of multi-body correlation are enhanced. In this paper, we investigate the application of time decomposition method to the determination of electron conductivity in extreme nonequilibrium state. (2) Control of magnetization of electric field component of temperature wave, Kerr return of visible light, initialization of magnetization of current, measurement of current, Ta/Mn3Sn thin film of 20 um angle. The electric field is very high.

项目成果

期刊论文数量（28）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

三次元ディラック半金属Cd3As2における円偏光誘起異常ホール効果とその起源

三维狄拉克半金属Cd3As2中圆偏振引起的反常霍尔效应及其起源

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
松永隆佑;松田拓也;Takuya Katayama;室谷悠太，神田夏輝，岡隆史，松田拓也，Manik Goyal，吉信淳，小林洋平，Susanne Stemmer，松永隆佑
通讯作者：
室谷悠太，神田夏輝，岡隆史，松田拓也，Manik Goyal，吉信淳，小林洋平，Susanne Stemmer，松永隆佑

Efficient terahertz frequency conversion in a Dirac semimetal Cd3As2 and terahertz anomalous Hall effect in a Weyl antiferromagnet Mn3Sn

狄拉克半金属 Cd3As2 中的高效太赫兹频率转换和 Weyl 反铁磁体 Mn3Sn 中的太赫兹反常霍尔效应

DOI：
发表时间：
2020
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryusuke Matsunaga;Natsuki Kanda;and Takuya Matsuda
通讯作者：
and Takuya Matsuda

Extreme nonequilibrium states in strongly-correlated Weyl antiferromagnet studied by terahertz spectroscopy

太赫兹光谱研究强关联外尔反铁磁体中的极端非平衡态

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Takuya Matsuda
通讯作者：
Takuya Matsuda

Terahertz and multiterahertz nonlinear responses in 3D Dirac semimetal Cd3As2

3D 狄拉克半金属 Cd3As2 中的太赫兹和多太赫兹非线性响应

DOI：
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
0
作者：
Ryusuke Matsunaga;Natsuki Kanda;Yuta Murotani;and Takuya Matsuda
通讯作者：
and Takuya Matsuda

高密度励起したワイル反強磁性体Mn3Snにおける有効質量の軽いキャリアの出現

密集激发Weyl反铁磁体Mn3Sn中低有效质量载流子的出现

DOI：
发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
0
作者：
Taito Murakami;Yusuke Nambu;Takashi Koretsune;Gu Xiangyu;Takafumi Yamamoto;Craig M. Brown;and Hiroshi Kageyama;松永隆佑;松田拓也，肥後友也，是常隆，神田夏輝，平井誉主在，Hanyi Peng，松尾拓海，吉川尚孝，島野亮，中辻知，松永隆佑;松田拓也，肥後友也，是常隆，神田夏輝，平井誉主在，Hanyi Peng，松尾拓海，吉川尚孝，島野亮，中辻知，松永隆佑;松田拓也，肥後友也，是常隆，神田夏輝，平井誉主在，Hanyi Peng，松尾拓海，吉川尚孝，島野亮，中辻知，松永隆佑
通讯作者：
松田拓也，肥後友也，是常隆，神田夏輝，平井誉主在，Hanyi Peng，松尾拓海，吉川尚孝，島野亮，中辻知，松永隆佑