Electromagnetic response of Weyl antiferromagnet studied by terahertz spectroscopy

点击翻译按钮获取中文摘要

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、２０ ｕｍ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。