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

基本信息

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

项目摘要

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。

在这项研究中，我们旨在通过结合实空间中的自旋结构和波数空间中的电子结构来探索新的量子现象。到目前为止，我们的研究主要集中在RAlSi（R=稀土），一种具有破缺空间反演对称性的磁性外尔半金属。在磁性Weyl半金属RAlSi中，最近的研究表明，波数空间中的电子结构Weyl色散与真实空间中的磁结构密切相关。特别是，有人指出螺旋磁性可能是由于外尔电子介导自旋之间的相互作用而产生的。在本研究中，我们测量了 NdAlSi 的热电效应来探索这种可能性。热电效应是一种可以灵敏地检测电子态密度和散射时间异常的探针。首先，采用铝熔剂法合成了毫米级单晶NdAlSi。使用劳厄 X 射线衍射、能量色散 X 射线 (EDX) 分析和电阻测量来评估合成的 NdAlSi 的质量。通过电阻测量阐明了载流子数量和迁移率之间的关系，并选择了外尔电子贡献较大的纯样品并测量了热电效应。 NdAlSi 的能斯特效应向低温增强，在略高于磁转变温度的温度下达到最大值，并在较低温度下减小。我们发现半经典模型可以很好地定量解释高温和低温下的能斯特效应。此外，发现磁转变温度附近的增加是由散射时间的异常引起的。这可能反映了波数空间中的外尔电子是通过实空间中自旋结构的形成来调制的。未来，我们计划对其他稀土元素进行类似的研究，建立对上述现象的全面认识。