Exploration of novel material functions utilizing angular momentum conversion in symmetry-broken magnets

利用对称破缺磁体中的角动量转换探索新颖的材料功能

基本信息

批准号：
21H01036
负责人：
小野瀬佳文
金额：
$ 11.4万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01036/
关键词：
角運動量キラリティフォノン磁性体マグノンスピン

项目摘要

本研究課題では、空間反転対称性や時間反転対称性の破れによって顕在化した電子、フォノン（弾性波）、マグノンなどの角運動量の変換現象を研究することを目的としている。本年度は、様々なキラリティを持つ物質において期待されるスピンと電流の変換効果を探求した。その中で、らせん状に配列した磁気構造をもちキラリティが存在するヘリカル磁性体MnAu2において、キラリティに依存した電流誘起のスピン分極を、Pt電極に拡散させ逆スピンホール効果を利用することにより検出することに成功した。これは、伝導電子が局在スピンの方向を向かされながら伝搬することによってベリー位相を獲得することで生じる効果である。この効果を利用すると、ヘリカル磁性体のキラリティを外部磁場なしにプローブ出来ることから、ヘリカル磁性体をもとにしたスピントロニクスに貢献できる可能性がある。一方で、弾性波の角運動量に関する効果の開拓も行った。LiNbO3圧電体基板上にトポロジカルなフォノニック結晶として機能するハニカム格子に配列したピラーの周期構造を作製した。このピラーには左右に回転し角運動量を有する局在固有モードがあり、周期的に並べた場合その内部自由度に関するトポロジカルな性質が現れることで弾性波版の量子バレーホール効果が実現している。このデバイスにおける2.4GHz程度にあるエッジ状態をマイクロ波顕微鏡を用いてプローブすることに成功した。このような結果は、将来的に弾性波デバイスの高度化に貢献できる可能性がある。

该研究主题旨在研究角动量的转化现象，例如电子，声子（弹性波）和通过破坏空间和时间对称性表现出的镁质。今年，我们探讨了具有各种手力的材料中预期的自旋和当前转化效应。在其中，在具有螺旋式对齐的磁性结构并具有手性的螺旋磁材料中，我们成功地检测了电流诱导的自旋极化，取决于手性，通过将其扩散到PT电极中并利用逆自旋孔效应。这是通过沿局部旋转方向传播传播电子来繁殖传导电子的效果。通过利用这种效果，可以在没有外部磁场的情况下探测螺旋磁性材料的手性，这可能会导致基于螺旋磁性材料的旋转。另一方面，我们还发展了弹性波对角动量的影响。在Linbo3压电底物上制造的蜂窝晶格中排列的柱子的周期性结构。该支柱具有局部的本本征，可以左右旋转，并具有角动量，并且在定期排列时，会表现出内部自由度的拓扑特性，从而导致弹性波版本的量子凌空作用。我们使用微波显微镜在约2.4GHz的情况下成功探测了该设备的边缘状态。这种结果可能会导致未来声波设备的发展。