反強磁性体における幾何学的位相による量子輸送現象の理論的研究

反铁磁体中几何相位引起的量子输运现象的理论研究

• 批准号: 16J05516
• 负责人: 仲澤 一輝
• 金额: $ 1.22万
• 依托单位: Nagoya University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2016
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2016-04-22 至 2018-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-16J05516/
• 关键词: 反強磁性体; 量子輸送現象; トポロジカルホール効果; スピンカイラリティー; ゲージ場; バーテックス補正; スピントロニクス; スカーミオン; ベリー位相; スピンゲージ場

本研究の課題は，反強磁性体における量子輸送現象の性質を調べることであるが，平成28年度はそれに先立って，強磁性体におけるトポロジカルホール効果（THE;磁化の非共面的構造によって横電流が誘起される現象）を調べた．これまで，伝導電子スピンと局在磁化の交換相互作用（s-d相互作用）が強い領域と弱い領域でTHEが調べられていたが，我々はそれらの何れでもない「中間結合領域」が存在し，多様な領域に応じてTHEの物理的解釈が異なることを認識した．平成29年度は，s-d相互作用の強さや磁化構造の波長などのパラメータで特徴づけられる様々な領域において，THEの物理的な描像とホール伝導度（THC）の解析的表式を明らかし，より多様な物質・状況に適用できるTHEの理論の完成を目指した．まず，磁化構造の波長が伝導電子の平均自由行程よりも長い場合には，ゲージ場の方法という統一的枠組みによって説明され，中間結合領域においては，電子拡散の寄与が重要であることが分かった．また，s-d項を摂動的に取り扱うことによって，スカーミオン格子において，様々な波長をもつ磁化構造の下でのTHCの定性的振舞いを明らかにした．さらに，フランスの実験グループとの共同研究により，弱強磁性体Ca1-xCexMnO3で生じる巨大なトポロジカルホール効果の実験結果が，本研究の中間結合領域における結果によって定性的に説明できることが分かった．続いて，元々の課題であった反強磁性体中の量子輸送現象の研究にとりかかった．これまでの理論研究によって，ネールベクトルが非共面的構造を持つことによってスピンホール効果が生じることが知られているが，我々はこれまで指摘されていなかったゲージ場の非断熱過程による寄与を見出した．

这项研究的主题是研究抗铁磁铁中量子转运现象的特性，在此之前，我们研究了铁磁体中的拓扑厅效应（The）（摄影是由非磁化磁化强度磁化强度结构引起的侧向电流引起的）。到目前为止，已经在传导电子自旋和局部磁化（S-D相互作用）之间进行了较强和弱交换相互作用的区域进行了研究，但我们已经意识到这些“中间耦合区域”并未取决于这些“中间耦合区域”，并且根据各个区域的物理解释。在2017年，我们揭示了以参数为特征的各个区域的物理图像（THC）的分析表达式，例如S-D相互作用的强度和磁化结构的波长，旨在完成可以应用于各种物质和情况的理论。首先，当磁化结构的波长长于传导电子的平均自由路径时，它是通过量规场方法的统一框架来解释的，并且发现电子扩散的贡献在中间耦合区域很重要。此外，通过扰动S-D期限，我们阐明了在磁化晶格中具有各种波长的磁化结构下THC的定性行为。此外，对法国实验组的联合研究表明，弱铁磁CA1-XCEXMNO3产生的巨大拓扑结构效应的实验结果可以通过本研究的中间耦合区域的结果来定性解释。接下来，我们开始研究抗铁磁铁中的量子传输现象，这是最初的问题。众所周知，当NäleVector具有非稳固结构时，以前的理论研究已具有自旋式效应，但是我们发现了以前未指出的量规场的非绝热过程的贡献。

项目成果

弱結合領域におけるトポロジカルHall効果

弱耦合区域的拓扑霍尔效应

• 发表时间: 2017
• 作者: Kazuki Nakazawa;Manuel Bibes;and Hiroshi Kohno;仲澤一輝，河野浩;Kazuki Nakazawa and Hiroshi Kohno;Kazuki Nakazawa and Hiroshi Kohno;仲澤一輝，河野浩
• 通讯作者: 仲澤一輝，河野浩

Chirality driven anomalous Hall effect: Bridging a gap between strong and weak coupling regime

手性驱动的反常霍尔效应：弥合强耦合体系和弱耦合体系之间的差距

• 发表时间: 2017
• 作者: Kazuki Nakazawa;Manuel Bibes;and Hiroshi Kohno;仲澤一輝，河野浩;Kazuki Nakazawa and Hiroshi Kohno
• 通讯作者: Kazuki Nakazawa and Hiroshi Kohno

Chirality-induced anomalous Hall effect: Bridging the gap between weak and strong coupling

手性引起的反常霍尔效应：弥合弱耦合和强耦合之间的差距

• 发表时间: 2017
• 作者: Kazuki Nakazawa;Manuel Bibes;and Hiroshi Kohno;仲澤 一輝;Kazuki Nakazawa
• 通讯作者: Kazuki Nakazawa

CNRS, Thales(France)

CNRS、泰雷兹（法国）

Topological Hall effect in weak coupling regime

弱耦合状态下的拓扑霍尔效应

• 发表时间: 2018
• 作者: Kazuki Nakazawa;Manuel Bibes;and Hiroshi Kohno
• 通讯作者: and Hiroshi Kohno