幾何学的スピン構造を利用した非相反スピントロニクスの開拓

利用几何自旋结构发展非互易自旋电子学

基本信息

批准号：
20K15163
负责人：
千葉貴裕
金额：
$ 1.66万
依托单位：
Fukushima National College of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は、三次元トポロジカル物質における非相反輸送現象及び界面状態に関して研究を行った。トポロジカルディラック半金属(TDS)は強いスピン軌道相互作用と結晶の対称性に起因してバルクに点接触する線形バンド構造をもつ物質である。また時間反転対称性と空間反転対称性の両方を有することから、バンド構造が二重にスピン縮退している。したがって、時間反転対称性を破る磁性体との接合を用いてスピン縮退を解くことにより、バルクバンドにヘッジホック的なスピン構造（スピン運動量ロッキング）を有する磁性ワイル半金属へとトポロジカル相転移することが期待される。一方で、空間反転対称性が破れたワイル半金属において巨大な非相反輸送現象が発現しうるという理論予測が提案されている。そこで本研究では、磁性体/TDS接合系において非相反輸送現象及び界面状態を理論的に解明することを目指した。第一原理バンド計算に基づき、まず磁性体/TDS接合系における界面電子状態の計算を行った。その結果、磁性体のd電子軌道とTDSのp電子軌道の混成によりTDSのバルクバンドに大きなスピン分裂が生じることを見出した。またこの知見に基づいて、TDSバルクに磁性体を配置した構造においても同様のスピン分裂が生じることを明らかにした。さらにこれらの系では空間反転対称性の破れに起因してスピン分裂が非対称になることも分かった。これにより磁性体/TDS接合及び磁性体TDS複合構造を活用した非相反輸送現象への展開が期待される。

今年，我们对三维拓扑材料中的不可逆输运现象和界面态进行了研究。拓扑狄拉克半金属（TDS）是由于强自旋轨道相互作用和晶体对称性而具有与块体点接触的线性能带结构的材料。此外，由于它同时具有时间反演对称性和空间反演对称性，因此能带结构是双自旋简并的。因此，通过使用具有打破时间反转对称性的磁性材料的结来解决自旋简并性，可以在块带中实现到具有刺猬状自旋结构（自旋动量锁定）的磁性韦尔半金属的拓扑相变预计。另一方面，有人提出理论预测，空间反演对称性破缺的外尔半金属中可能会发生巨大的非互易输运现象。因此，在本研究中，我们旨在从理论上阐明磁性材料/TDS结系统中的不可逆输运现象和界面状态。基于第一性原理能带计算，我们首先计算了磁性材料/TDS结系统中的界面电子态。结果，我们发现由于磁性材料的 d 电子轨道和 TDS 的 p 电子轨道的杂化，在 TDS 的体带中发生了大的自旋分裂。基于这些知识，我们还发现，在 TDS 块体中放置磁性材料的结构中也会发生类似的自旋分裂。此外，我们发现由于空间反演对称性的破坏，这些系统中的自旋分裂变得不对称。预计这将导致利用磁性材料/TDS结和磁性材料TDS复合结构的非互易输运现象的发展。