「空間反転対称性の破れた系でのトポロジカル相とスピントロニクス」
村上 修一 氏
Nov 27, 2017
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： 空間反転対称性の破れた系でのトポロジカル相とスピントロニクス
講 師 ： 村上 修一 博士
東京工業大学理学院
日 時 ： 平成29年11月27日 (月) 16:30-17:30
場 所 ： 北海道大学 工学部 応用物理学専攻会議室 (A3-62室)
要 旨 ：
固体結晶の多くは空間反転対称性を有しているが、一方で空間反転対称性が破れた結晶もある。本講演では、こうした空間反転対称性が破れた結晶においてのみ実現される、特異なトポロジカル相やスピントロニクスの性質について、最近の研究成果を紹介する。 スピントロニクスに関しては、例えば物質表面で実現されるラシュバ分裂と呼ばれるスピン分裂が詳しく研究されているが、一方でバルクの結晶構造自身が空間反転対称性を破るものもあり、閃亜鉛鉱型の半導体（GaAs等）や、テルルなどのらせん状の鎖からなる結晶構造などがある。例えばラシュバ分裂を持つ系など反転対称性の破れた系では、電流を流すとスピン偏極が生じるエーデルシュタイン効果がある。本講演では最近我々の予言したエーデルシュタイン効果の変種を２つ[1,2,3]紹介する。１つは軌道エーデルシュタイン効果であり、例えばテルルのようならせん型結晶では、ソレノイドとの類推により、金属の場合に電流を流すと磁化が電流と平行ないし反平行に誘起されるものである[1,2]。もう一つはフォノンの熱エーデルシュタイン効果である。一般の波数におけるフォノンは縦波と横波との混成により一般に回転成分を持ち、角運動量を担う。時間反転対称性を持つ結晶であれば平衡状態でフォノン角運動量の和はゼロであるが、熱流を流すと結晶全体でフォノン角運動量が誘起できることを示した[3]。これを例えばテルルにおいて第一原理計算を行って評価した。 また、空間反転対称性が破れているときに現れるトポロジカル相というものがあり、例えばワイル半金属がその例である。このワイル半金属の基本的な性質とトポロジーの関係、また物質における実現例について議論する[4,5,6]。 [1] Yoda, Yokoyama, Murakami, Sci. Rep. (2015). [2] Yoda, Yokoyama, Murakami, arXiv:1706.07702. [3] Hamada, Minamitani, Hirayama, Murakami, preprint (2017). [4] Murakami, New J. Phys. 9, 356 (2007) [5] Murakami, Hirayama, Okugawa, Miyake, Sci. Adv. 3, e1602680 (2017) [6] Hirayama, Okugawa, Ishibashi, Murakami, Miyake, PRL 114, 206401 (2015)
世話人 鈴浦 秀勝
北海道大学工学部応用理工系学科 (電話011-706-6115)
「半導体量子構造におけるスピン軌道相互作用を用いた永久スピン旋回状態の制御」
好田 誠 氏
Nov 10, 2017
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： 半導体量子構造におけるスピン軌道相互作用を用いた永久スピン旋回状態の制御
講 師 ： 好田 誠 博士
東北大学大学院工学研究科
日 時 ： 平成29年11月10日 (木) 16:30-17:30
場 所 ： 北海道大学 工学部 物理工学系大会議室 (A1-17室)
要 旨 ：
半導体におけるスピン軌道相互作用は、結晶やヘテロ構造の反転対称性の破れに起因し、電子スピンに対して有効磁場を与える相互作用である。この有効磁場は、半導体の有する精密なバンド構造設計や微細加工と組み合わせることで、ゲート電場などを介し外部制御できる。よって、スピン生成やスピン制御といったスピントロニクスデバイスの要素技術を外部磁場や強磁性体を必要とすることなく構築できる利点を有する。特にIII-V族化合物半導体量子構造では、異なる対称性を有するRashbaおよびDresselhausタイプのスピン軌道相互作用が存在する。この2つのスピン軌道相互作用を等しい強さにすると、誘起される有効磁場は1軸方向に揃いSU(2)対称性を有するため、永久スピン旋回状態と呼ばれるヘリカルスピン秩序を形成する。この永久スピン旋回状態の利点は、スピン軌道相互作用が存在しているにも拘らずスピン緩和が抑制できるため、有効磁場によるスピン制御と長距離スピン輸送を同時に実現できる点にある。本講演では、GaAsやInGaAs量子井戸における有効磁場(スピン軌道相互作用)の精密測定手法[1,2]や、永久スピン旋回状態のゲート制御および細線構造を利用したスピン緩和の抑制について最近の研究を紹介する[3-5]。 [1] M. Kohda et al., Appl. Phys. Lett. 107, 172402 (2015). [2] A. Sasaki et al., Nat. Nanotech. 13, 703 (2014). [3] K. Yoshizumi et al., Appl. Phys. Lett. 108, 132402 (2016). [4] P. Altmann et al., Phys. Rev. B 92, 235304 (2015). [5] Y. Kunihashi et al., Nat. Commun. 7, 10722 (2016).
世話人 足立 智
北海道大学工学部応用理工系学科 (電話011-706-6115)
「反転対称性を持たない磁性体における素励起の非相反伝搬」
佐藤 卓 氏
Nov 08, 2017
日本物理学会北海道支部講演会
講演題目： 反転対称性を持たない磁性体における素励起の非相反伝搬
講 師 ： 佐藤 卓 博士
東北大学多元研
日 時 ： 平成29年11月8日 (水) 16:30-17:30
場 所 ： 北海道大学 工学部 応用物理学専攻会議室 (A3-62室)
要 旨 ：
反転対称性を持たない系内の粒子の分散には（例えば電子に対するラシュバ分裂のように特徴的な分裂が生じることがある。同様なバンド分裂は準粒子に対しても起こるものと予想される。磁性体中の代表的な準粒子は秩序磁気構造からの波状の揺らぎを量子化したマグノンである。我々は最近反転対称性を持たない強磁性体および反強磁性体におけるマグノンの分散関係を、中性子非弾性散乱をもちいて精密に測定し、それぞれに特徴的なマグノン分散分裂を観測した。この結果は非相反なマグノン伝搬を意味しており、マグノニクスの観点からも興味深い。
世話人 高倉 洋礼
北海道大学工学部応用理工系学科 (電話011-706-6115)
