トポロジカル絶縁体・超伝導体における電流・熱流・スピン流の新奇な創発現象

拓扑绝缘体和超导体中电流、热流和自旋电流的新涌现现象

• 批准号: 16J01981
• 负责人: 小林 浩二
• 金额: $ 3.16万
• 依托单位: Tohoku University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2019-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J01981/
• 关键词: トポロジカル物質; スピントロニクス; 磁気抵抗効果; Weylセミメタル; トポロジカル量子系; 輸送現象; トポロジカル量子; ワイル半金属

磁気抵抗効果は記録媒体や磁気センサにも用いられている、スピントロニクスにおける最も重要な効果の一つである。単一素材において磁気構造の違いのみで実現可能な磁壁磁気抵抗効果は応用上有利であると期待されるものの、通常は厚い磁壁や乱れによって磁気抵抗比が小さくなる事が課題である。本研究ではまず、強磁性Weylセミメタルにおいて発現し得る、磁壁の厚みや乱れによらず巨大な磁気抵抗比を示す特殊な磁壁磁気抵抗効果の詳しい性質を調べた。特に転送行列法を用いた詳細な数値計算により、この効果が厚い磁壁や、磁性不純物に対しても安定であることを明らかにした。また、ヘリシティ不整合による磁気抵抗とフェルミ面のずれによる磁気抵抗の効果を分離することに成功し、この効果が系のトポロジカルな性質を反映したものである事を明確にした。次に、カゴメ格子系における伝導度を再帰Green関数法を用いて調べ、磁化の向きにより伝導特性が大きく異なることを明らかにした。磁壁構造を導入することで乱れや磁壁の厚みに対し安定な大きな磁気抵抗比が得られるが、その符号がNeel型とhead-to-head型の磁壁で反転することを発見した。さらに、非磁性のトポロジカル量子系である量子スピンHall絶縁体、及びトポロジカルDiracセミメタルの側面に強磁性電極を接続することで、通常は磁性トポロジカル量子系で見られる量子化されたHall伝導度、すなわち量子異常Hall効果が発現することを示した。この効果は系のサイズが大きいほど変化率が大きくなり、また乱れに対しても安定である。この現象は、トポロジカル物質そのものの組成を変えずに接続する電極の偏極率のみで制御することができる。本研究で得られたトポロジカル量子系特有の磁気抵抗効果に関する知見は、トポロジカル・スピントロニクスの発展に大きく寄与すると期待される。

磁化效应是旋转三位型中最重要的效果之一，它也用于记录介质和磁传感器。尽管磁壁磁阻效果，只能通过单个材料中的磁结构差异来实现，预计在应用中是有利的，但问题是，由于较厚的域壁和湍流，磁倍率比通常会降低。在这项研究中，我们首先研究了特殊域壁磁磁磁性效应的详细特性，该效应可以在铁磁韦伊尔半金属中表达，无论域壁的厚度或干扰，它都表现出巨大的磁倍率比率。特别是，使用转移矩阵方法的详细数值计算表明，对于厚域壁和磁性杂质，这种效果甚至是稳定的。此外，我们已经成功地分离了由于费米表面的移位引起的螺旋不匹配和磁倍率引起的磁化效果，并明确表明，这种效果反映了系统的拓扑特性。接下来，使用递归绿色功能方法检查了Kagome晶格系统中的电导率，并发现电导率特性取决于磁化方向的不同。通过引入域壁结构，可以获得一个稳定的稳定的磁力磁力比，以防止域壁的干扰和厚度稳定，但发现它的迹象与neel型和头对头型域壁相反。此外，通过将铁磁电极连接到量子旋转霍尔绝缘子的侧面，该量子旋转霍尔绝缘子是一种非磁性拓扑量子系统，并且已显示了量化的霍尔电导率，通常在磁性拓扑量子系统中看到量化的霍尔电导率。即使系统的大小更大，并且变化速率也会增加，这种效果也是稳定的。这种现象只能由连接的电极的极化因子控制，而无需更改拓扑材料本身的组成。预计在本研究中获得的拓扑量子系统所特有的磁化效果的结果预计将对拓扑旋转的发展产生显着贡献。

项目成果

Comparative study of Weyl semimetal and topological/Chern insulators: bulk-edge correspondence and disorder effects

韦尔半金属和拓扑/陈绝缘体的比较研究：体边对应和无序效应

• 发表时间: 2017
• 作者: K.-I. Imura;Y. Yoshimura;K. Kobayashi;T. Ohtsuki
• 通讯作者: T. Ohtsuki

磁場乱れのあるトポロジカル絶縁体・ワイル半金属における量子輸送

磁场扰动下拓扑绝缘体和韦尔半金属中的量子输运

• 发表时间: 2017
• 作者: 小林浩二;高垣雅紀;大湊友也;野村健太郎
• 通讯作者: 野村健太郎

Quantum Diffusion of Disordered Weyl/Dirac Semimetal

无序韦尔/狄拉克半金属的量子扩散

• 发表时间: 2017
• 作者: M. Wada;K. Kobayashi;T. Ohtsuki
• 通讯作者: T. Ohtsuki

トポロジカルディラック半金属における多端子量子伝導に対する磁気偏極の効果

磁极化对拓扑狄拉克半金属多端量子传导的影响

• 发表时间: 2019
• 作者: 小林浩二;野村健太郎
• 通讯作者: 野村健太郎

Anisotropic magnetotransport in Dirac-Weyl magnetic junctions

• DOI: 10.1103/physrevb.95.085308
• 发表时间: 2016-11
• 期刊: Physical Review B
• 影响因子: 3.7
• 作者: Yuya Ominato;Koji Kobayashi;K. Nomura