Exploration of quantum transport induced by emergent magnetic field in real and momentum space

实空间和动量空间中涌现磁场诱导的量子输运探索

• 批准号: 22K20348
• 负责人: 山田 林介
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20348/
• 关键词: トポロジカル物質; ワイル磁性体; ベリー位相; 量子輸送; 熱電効果

本研究においては、実空間のスピン構造と波数空間における電子構造を組み合わせることによる新奇量子現象の探索を目標としている。これまで空間反転対称性の破れた磁性ワイル半金属であるRAlSi(R=希土類)に着目して研究を進めてきた。磁性ワイル半金属RAlSiにおいては、波数空間における電子構造であるワイル分散と実空間における磁気構造が密接に関連していることが近年の研究により明らかになってきた。特に、ワイル電子がスピン間の相互作用を媒介することで、螺旋磁性が生じる可能性が指摘されている。本研究ではこのような可能性を探索するために、NdAlSiの熱電効果の測定を行った。熱電効果は、電子状態密度や散乱時間の異常を敏感に検出できるプローブである。まず、アルミニウムフラックス法を用いてミリメートルサイズの単結晶NdAlSiの合成を行った。ラウエX線回折法やエネルギー分散型X線(EDX)分析、抵抗測定を用いて、合成したNdAlSiの品質評価を行った。抵抗測定によりキャリア数と移動度の関係を明らかにし、ワイル電子の寄与が大きくなる純良な試料を選び出し、熱電効果の測定を行った。NdAlSiのネルンスト効果は低温に向かって増大し、磁気転移温度より少し高温において最大を示し、さらに低温では減少する振舞いを示した。高温および低温におけるネルンスト効果は、半古典的なモデルによって定量的によく説明されることを明らかにした。さらに、磁気転移温度近傍での増大は、散乱時間の異常に由来していることが分かった。これは、実空間におけるスピン構造の形成に伴って、波数空間のワイル電子が変調を受けたことを反映している可能性がある。今後は、他の希土類元素においても同様の研究を展開し、上記の現象について包括的な理解を構築する予定である。

这项研究旨在通过将真实空间的自旋结构与波数空间的电子结构相结合来探索新的量子现象。到目前为止，我们一直在进行针对Ralsi的研究（R =稀土），这是一种损坏的磁性半学，具有空间反演对称性。最近的研究表明，在磁性半金属ralsi中，Weil分散体是波数空间中的电子结构，实际空间中的磁结构密切相关。特别是，已经指出，魏尔电子介导了旋转之间的相互作用，从而引起螺旋磁力。在这项研究中，我们测量了Ndalsi的热电效应，以探索这种可能性。热电效应是一种探针，可以灵敏地检测状态密度和散射时间的异常。首先，使用铝通量法合成了毫米大小的单晶ndalsi。使用LAUE X射线衍射，能量分散X射线（EDX）分析和电阻测量评估合成的NDALSI的质量。通过电阻测量揭示了载体数与迁移率之间的关系，并选择了具有大量威尔电子贡献的纯和良好样品，并测量了热电效应。 Ndalsi的NernS效应朝着低温升高，在略高于磁过渡温度的温度下显示最高，并且在低温下也显示出降低。据揭示，高温和低温下的Nernst效应通过半古典模型进行了定量解释。此外，发现磁过渡温度附近的增加是从异常散射时间得出的。这可能反映出波数空间中的Weil电子已通过真实空间中的自旋结构的形成调节。将来，将针对其他稀土元素进行类似的研究，并将对上述现象产生全面的理解。

项目成果

Giant anomalous Hall effect due to skew scattering in magnetic Weyl semimetal NdAlSi

磁性外尔半金属 NdAlSi 中斜散射引起的巨大反常霍尔效应

• 发表时间: 2022
• 作者: R. Yamada;M. Hirschberger;T. Nomoto;R. Arita;A. Kikkawa;Y. Taguchi;Y. Tokura
• 通讯作者: Y. Tokura

磁性ワイル半金属NdAlSiにおけるネルンスト効果の増大

磁性外尔半金属 NdAlSi 中的增强能斯特效应

• 发表时间: 2022
• 作者: 山田林介;野本拓也;有田亮太郎;吉川明子;田口康二郎;三宅厚志;徳永将司;十倉好紀;Max Hirschberger
• 通讯作者: Max Hirschberger