量子異常ホール効果と非散逸な磁壁伝導の光制御

量子反常霍尔效应和非耗散畴壁传导的光学控制

基本信息

批准号：
17J07818
负责人：
岡田健
金额：
$ 1.22万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2017
资助国家：
日本
起止时间：
2017-04-26 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-17J07818/
关键词：
ラシュバトポロジカル絶縁体スキルミオン電気磁気効果

项目摘要

空間反転非対称な磁性金属は、トポロジカル絶縁体の量子異常ホール効果に代表されるような新奇な物性を引き起こす舞台として注目を集めている。このような系では、伝導電子と局在磁気モーメントの間に働くスピン電荷結合に加えて、空間反転対称性の破れに起因した反対称スピン軌道相互作用が伝導電子に対して作用する。とりわけ、表面や界面における鏡映対称性の破れに由来したものをラシュバ型スピン軌道相互作用、バルク結晶の空間反転対称性の破れに由来したものをドレッセルハウス型スピン軌道相互作用と呼ぶ。本研究課題では、２年間の研究を通じて、このような反対称スピン軌道相互作用とスピン電荷結合の協奏によって生み出される新しい磁気相やスピン輸送現象を理論的に開拓した。計算手法としては、数値計算をベースに、必要に応じて解析計算を用いた。初年度は、薄膜のヘテロ界面などに代表される空間反転非対称な２次元金属を対象として、伝導電子の自由度を取り入れた大規模なモンテカルロ計算によって、ラシュバ・ドレッセルハウス型スピン軌道相互作用を受けた遍歴電子によって媒介されて生じる磁気秩序を調べた。その結果、スピン軌道相互作用によってスピン分裂したフェルミ面の不安定性を反映して、遍歴磁性体特有の複雑な多重Q磁気秩序が現れることを見出した。一方で本年度は、金属ではなくバンド絶縁体に着目し、一般的な２次元バンド絶縁体と強磁性体のヘテロ接合を想定し、界面で発生するラシュバ型スピン軌道相互作用と強磁性体との交換相互作用によって誘発される新しい電気磁気効果を明らかにした。

具有不对称空间反转的磁性金属作为新颖物理特性（例如拓扑绝缘体中的量子反常霍尔效应）出现的阶段而引起人们的关注。在此类系统中，除了作用于传导电子和局域磁矩之间的自旋电荷耦合之外，由于空间反演对称性的破缺而导致的反对称自旋轨道相互作用也作用于传导电子。其中，源自表面和界面反射对称性破缺的相互作用称为Rashba型自旋轨道相互作用，而源自块体晶体空间反演对称性破缺的相互作用称为Dresselhaus型自旋轨道相互作用。在这个研究项目中，通过两年的研究，我们从理论上发展了反对称自旋轨道相互作用和自旋电荷耦合共同产生的新的磁相和自旋输运现象。计算方法以数值计算为基础，必要时也采用解析计算。第一年，我们使用大规模蒙特卡洛计算，结合传导电子的自由度来研究具有空间反转不对称特性的二维金属中的 Rashba-Dresselhaus 型自旋轨道相互作用，例如薄层中的异质界面。我们研究了由流动电子介导的磁序。结果，我们发现流动磁体出现了复杂的多Q磁序特征，反映了由于自旋轨道相互作用而导致的自旋分裂的费米表面的不稳定性。另一方面，今年我们将重点关注能带绝缘体而不是金属，假设一般二维能带绝缘体和铁磁材料之间存在异质结，并研究在界面和铁磁材料之间发生的 Rashba 型自旋轨道相互作用。揭示了由交换相互作用引起的新电磁效应。