量子異常ホール効果と非散逸な磁壁伝導の光制御

点击翻译按钮获取中文摘要

空間反転非対称な磁性金属は、トポロジカル絶縁体の量子異常ホール効果に代表されるような新奇な物性を引き起こす舞台として注目を集めている。このような系では、伝導電子と局在磁気モーメントの間に働くスピン電荷結合に加えて、空間反転対称性の破れに起因した反対称スピン軌道相互作用が伝導電子に対して作用する。とりわけ、表面や界面における鏡映対称性の破れに由来したものをラシュバ型スピン軌道相互作用、バルク結晶の空間反転対称性の破れに由来したものをドレッセルハウス型スピン軌道相互作用と呼ぶ。本研究課題では、２年間の研究を通じて、このような反対称スピン軌道相互作用とスピン電荷結合の協奏によって生み出される新しい磁気相やスピン輸送現象を理論的に開拓した。計算手法としては、数値計算をベースに、必要に応じて解析計算を用いた。初年度は、薄膜のヘテロ界面などに代表される空間反転非対称な２次元金属を対象として、伝導電子の自由度を取り入れた大規模なモンテカルロ計算によって、ラシュバ・ドレッセルハウス型スピン軌道相互作用を受けた遍歴電子によって媒介されて生じる磁気秩序を調べた。その結果、スピン軌道相互作用によってスピン分裂したフェルミ面の不安定性を反映して、遍歴磁性体特有の複雑な多重Q磁気秩序が現れることを見出した。一方で本年度は、金属ではなくバンド絶縁体に着目し、一般的な２次元バンド絶縁体と強磁性体のヘテロ接合を想定し、界面で発生するラシュバ型スピン軌道相互作用と強磁性体との交換相互作用によって誘発される新しい電気磁気効果を明らかにした。