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

基本信息

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

项目摘要

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．

这项研究的目标是研究反铁磁材料中量子输运现象的性质，但在2016年，我们将首先通过横向研究铁磁材料中的拓扑霍尔效应（THE）的影响。我们研究了电流在其中的现象。诱发。到目前为止，THE已经在传导电子自旋和局域磁化强度之间的交换相互作用（s-d相互作用）强弱的区域进行了研究，但我们发现存在一个“中间耦合区域”，它不是这些区域。认识到 THE 的物理解释因不同领域而异。 2017财年，我们将阐明THE的物理图景以及以s-d相互作用的强度和磁化结构的波长等参数为特征的各个区域的霍尔电导率（THC）的解析表达式，并进行进一步的研究。完成可应用于各种材料和情况的 THE 理论。首先，当磁化结构的波长长于传导电子的平均自由程时，可以使用规范场方法的统一框架进行解释，并且发现电子扩散的贡献在中间体中很重要耦合区．．此外，通过扰动处理 s-d 项，我们阐明了 THC 在斯格明子晶格中不同波长的磁化结构下的定性行为。此外，通过与法国实验组的联合研究，我们发现弱铁磁材料Ca1-xCexMnO3中出现的巨拓扑空穴效应的实验结果可以通过本研究中间耦合区的结果来定性解释。接下来，我开始研究反铁磁体中的量子输运现象，这也是我最初的课题。之前的理论研究表明，自旋霍尔效应是由尼尔矢量的非共面结构引起的，但是我们研究了规范场的非绝热过程的贡献，到目前为止我发现还没有指出。它。