磁気構造のトポロジー制御による電子機能物性の開拓

通过磁性结构的拓扑控制探索电子功能特性

• 批准号: 18J20959
• 负责人: 藤代 有絵子
• 金额: $ 1.79万
• 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: 2018
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2018-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-18J20959/
• 关键词: トポロジー; 磁気構造; カイラル磁性体; 異常ホール効果; スキュー散乱; 薄膜; 高圧合成; 半金属; スキルミオン; ヘッジホッグ; 磁気相転移; ワイル電子; スピン軌道相互作用; 熱電効果

当該年度においては以下の3つの成果についての総まとめ・論文投稿を行った。一つ目は、カイラル磁性体MnGeにおける巨大異常ホール効果の発見である。MnGeの高品質薄膜において強磁場下での電気伝導測定を行い、ヘッジホッグ格子やらせん磁気構造が消失する強磁性転移近傍において、従来の内因的・外因的異常ホール効果では説明のできない巨大な異常ホール効果（ホール伝導度40,000 Ω-1cm-1、ホール角18 %）を観測した。さらに詳しい温度・磁場依存性や膜厚依存性を調査することで、観測されたホール効果が非共面スピン集団の熱励起による新しいスキュー散乱機構によって説明できることを実証した。二つ目は、超高圧合成によるIrSiの新規相の発見である。25 GPa以上の超高圧合成により、これまで報告されていなかったmonoclinic相を発見し、第一原理計算から巨大な表面ラシュバ分裂を示す半金属であることを見出した。一方、理論予測されていたB20型構造は、少なくとも48 GPaまでは出現しないことが明らかになった。3つ目の成果は、磁性ワイル半金属Co3Sn2S2の薄片作製と、高移動度電子・巨大異常ホール効果の観測である。世界に先駆けて化学輸送法を用いた高品質な薄片作製の方法を確立し、バルク結晶にはみられなかった特異な性質を観測した。今後さらに薄い薄片試料の作製を行うことで、高温量子異常ホール効果の実現も期待できる。したがって、本特別研究員の研究進捗状況においては、期待以上の進展があったと考えられる。

今年，我们总结并提交了以下三项成果。首先是在手性磁性材料 MnGe 中发现了巨大的反常霍尔效应。我们在强磁场下对高质量的 MnGe 薄膜进行了电导测量，发现了铁磁转变附近传统的内在和外在霍尔效应无法解释的巨大异常，其中刺猬晶格和螺旋磁结构消失了。观察到效应（霍尔电导率40,000 Ω-1cm-1，霍尔角18%）。通过更详细地研究温度/磁场依赖性和薄膜厚度依赖性，我们证明观察到的霍尔效应可以通过非共面自旋群的热激发引起的新的偏斜散射机制来解释。二是通过超高压合成发现了IrSi新相。利用超过25 GPa的超高压合成，我们发现了一种以前未报道的单斜晶相，并根据第一性原理计算，我们发现它是一种表现出巨大表面Rashba分裂的准金属。另一方面，据透露，理论上预测的B20型结构至少要到48 GPa才会出现。第三个成果是磁性外尔半金属Co3Sn2S2薄片的制作以及高迁移率电子和巨大反常霍尔效应的观察。我们是世界上第一个建立利用化学传输生产高质量薄片的方法，并观察到了块状晶体中未见的独特特性。未来，我们有望通过制造更薄的薄片来实现高温量子反常霍尔效应。因此，认为该研究员的研究进展超出了预期。

项目成果

磁性ワイル半金属Co3Sn2S2薄片における巨大異常ホール効果と高移動度電子の観測

磁性Weyl半金属Co3Sn2S2薄片中巨大反常霍尔效应和高迁移率电子的观察

• 发表时间: 2020
• 作者: 藤代有絵子

超高圧合成による新規イリジウムシリコン化合物の開拓とその巨大スピン軌道物性

超高压合成新型铱硅化合物的开发及其巨自旋轨道特性

• 发表时间: 2020
• 作者: 藤代有絵子

カイラル磁性体MnSi1-xGexにおける多彩なトポロジカル磁気相と創発輸送現象

手性磁性材料MnSi1-xGex中的各种拓扑磁相和涌现输运现象

• 发表时间: 2018
• 作者: 藤代有絵子;金澤直也; 中島多朗; 于秀珍; 大石一城; 河村幸彦; 加倉井和久; 有馬孝尚; 三田村裕幸; 三宅厚志; 秋葉和人; 徳永将史; 松尾晶; 金道浩一; 是常隆; 有田亮太郎; 十倉好紀
• 通讯作者: 十倉好紀

Scattering-induced huge anomalous Hall effect in MnGe thin film

MnGe薄膜中散射引起的巨大反常霍尔效应

• 发表时间: 2019
• 作者: Y. Fujishiro; N. Kanazawa; R. Kurihara; A. Tsukazaki; M. Ichikawa; M. Kawasaki; M. Tokunaga;Y. Tokura
• 通讯作者: Y. Tokura

ransitions of topological spin textures between skyrmion- and hedgehog-lattice states in cubic chiral magnets MnSi1-xGex

立方手性磁体 MnSi1-xGex 中斯格明子和刺猬晶格态之间拓扑自旋结构的转变

• 发表时间: 2019
• 作者: Y. Fujishiro; N. Kanazawa; T. Nakajima; X. Z. Yu; K. Oishi; Y. Kawamura; K. Kakurai; T. Arima; H. Mitamura; A. Miyake; K. Akiba; M. Tokunaga; A. Matsuo; K. Kindo; T. Koretsune; R. Arita;Y. Tokura
• 通讯作者: Y. Tokura