スピン構造に由来するベリー位相と光による新奇な磁気光学効果の理論研究

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本年度はトポロジカル絶縁体(TI)表面でのスピントロニクス、TI /磁性絶縁体の接合表面における磁化の動的運動によって誘起される電流・スピン流の理論研究を引き続き行った。研究の結果、電流は磁化の時間変化によって駆動されること、スピン流は空間的に磁化の時間・空間変化によって駆動されることを示した。また、導出した電流・スピン流の観測方法として、強磁性共鳴時のダンピングの大きさの変化を調べた。磁化の空間依存性を考慮してダンピングの変化を解析した。ダンピングには磁化構造に依存する項と依存しない項があり、両者は区別できる。この成果はPhysical Review B誌に掲載された。光らせん波による新奇なスピン構造の生成の理論的研究も行った。TI表面にはスピンと運動量の密接な関係が存在する。その表面に電場を誘起することでスピン偏極を創ることができるが、そのスピン偏極は空間的に一様である。 本研究では、光らせん波を使って、空間的に非一様なスピン偏極構造をTI表面に創る方法を理論的に示した. 光らせん波の持つスピン角運動量と軌道角運動量がスピン偏極構造に反映することを明らかにした。この成果はPhysical Review B誌への掲載が採択された。また、光誘起カイラル磁気効果の理論的研究も行った。ワイル半金属は運動量空間におけるBerry位相によるモノポール電荷±1のエネルギー分散を持つ物質であり、その物質の輸送現象に興味が持たれている。中でもカイラル磁気効果(CME)が注目を集めている。本研究では、円偏光の電場の非線形効果の創る実効的な磁場に着目し、その磁場によるCMEを明らかにした。 その実効的な磁場は数十テスラの巨大な磁束密度となり得るため、従来よりも巨大なCMEを引き起こすことを示した。今回明らかにしたCMEは、従来と違い、散逸を伴う電流が誘起されることも解明した。