「分裂するスピン -磁性絶縁体中に創発するマヨラナ粒子-」
求 幸年 氏

Dec 25, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　分裂するスピン -磁性絶縁体中に創発するマヨラナ粒子-
講　師　：　求 幸年 博士
　　　　　東京大学大学院工学系研究科・教授
日　時　：　平成29年12月25日 (月) 18:00-19:00
場　所　：　北海道大学理学部 2号館2-404 室

要　旨　：
強相関電子系ではしばしば新しい量子状態が発現し、その素励起として興味深い性質をもった準粒子が創発する。例えば、磁場中の2次元強相関電子系に現れる分数量子ホール状態では、電子と磁束量子が結合してできる複合粒子が凝縮した新しい量子状態が発現し、その素励起として、分数電荷をもったフェルミ粒子でもボース粒子でもないエニオンと呼ばれる準粒子が創発する。本講演では、こうした強相関創発現象のひとつとして、量子スピン液体状態におけるスピンの分裂現象について論じる。量子スピン液体とは、磁性絶縁体において、強い量子揺らぎによって発現する新規な量子状態である。そこでは、通常の磁気秩序の代わりにトポロジカルな秩序が生じ、電子のもつスピンの自由度が複数の準粒子に分裂する特異な現象が現れる。こうして創発した準粒子は、強い量子的なエンタングルメントをもつため、分数量子ホール状態におけるエニオンと並んで、量子コンピュータ実現の鍵として大きな注目を集めている。本講演では、キタエフ型の量子スピン液体をとり上あげ、そこに現れるスピンの分裂現象と創発されるマヨラナ粒子がもたらす新規な量子現象について議論する。理論的な側面にとどまらず、近年爆発的に進んでいる実験研究についても触れ、理論と実験の現状を概観する。

世話人　 速水 賢
（hayami@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484) （実施済）

「有機導体における自由度と相転移 −伝導電子と局在モーメントが織りなす不思議な状態-」
西尾 豊 氏

Dec 18, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　有機導体における自由度と相転移 −伝導電子と局在モーメントが織りなす不思議な状態-
講　師　：　西尾 豊 博士
　　　　　東邦大学理学部
日　時　：　平成29年12月18日 (月) 16:00-17:00
場　所　：　北海道大学理学部2号館2-211室

要　旨　：
有機導体は低温でも様々な自由度が大きな寄与を保っており、多彩な相転移を繰り広げる。分子同士が弱い分子間力によって結ばれているための大きな格子振動、伝導に寄与するπ電子系の狭いバンド幅による大きな自由電子系の自由度と局在化によって現れるスピンの自由度等である。そのなかでもBETS2FeX4系ではこれらの自由度により、超伝導相、絶縁体相、磁気秩序相が共存あるいは競合し、ゼロ磁場では絶縁体反強磁性相が安定化するのに対し、強磁場中では通常抑制される超伝導の発現がみられる。本講演ではこれらの系の特徴的な相転移を熱測定から評価した自由度から解説する。

世話人　 松永 悟明
（mat@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「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)

「Skyrmions and their future potential applications」
David Schroeter 氏

Oct 27, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　Skyrmions and their future potential applications
講　師　：　David Schroeter 博士
　　　　　Tech. Univ. Braunschweig
日　時　：　平成29年10月27日 (金) 16:30-18:00
場　所　：　北海道大学 工学部 C206講義室

要　旨　：
Magnetic skyrmions are topological distinct spin textures, which have attracted significant interests in recent years due to their intriguing magnetic interactions and attractive attributes for spintronic applications. Their non-trivial topology and quasiparticle like behaviour is a source of rich and interesting physics. Furthermore due to their strong coupling to the conduction electrons it makes the field of skyrmionics interesting for extreme low-power information technologies. Data is envisioned to be encoded in topological charges instead of electronic charges as in conventional semiconducting devices. In my talk I will give an introduction and overview about the progress and current state of the field of skyrmions, focussing on the experimental realization of skyrmions, their detection and their manipulation methods. Furthermore I will give a brief overview of possible realizations of future skyrmionic technologies and will discuss some of the current challenges in this field. Specifically I will focus on the progenitor material MnSi in which skyrmions have first been discovered in 2009 and is since then being heavily investigated as a model compound for studies on skyrmions. Finally I will present our results of the investigation of thin film MnSi material,　which in previous findings exhibits widely varying properties in particular with respect to electronic transport leading to the question about the existence of skyrmions in thin film samples. Then, starting from giving an overview of the optimization of the sample quality, I will present our results of nanostructuring and subsequent investigation of the transport properties with the goal of identifying skyrmionic signals via electrical means.

世話人　 日高 宏之
（hidaka@phys.sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)

「CrAsとMnPの圧力誘起超伝導相近傍における磁性」
松田 雅昌　氏

Oct 23, 2017

日本物理学会北海道支部講演会

講演題目：　CrAsとMnPの圧力誘起超伝導相近傍における磁性
講　師　：　松田 雅昌　博士
　　　　　Ork Ridge National Laboratory
日　時　：　平成29年10月23日 (月) 16:30-17:30
場　所　：　北海道大学 理学部５号館 (2-408室)

要　旨　：
最近、CrAsとMnPが高圧下で超伝導を示すことが発見された。どちらの物質も常圧では磁気秩序を示すため、超伝導発現機構に磁性が深く関与していると考えられる。圧力をかけると、CrAsではヘリカル磁気構造の周期や磁気モーメントが徐々に変化するが、MnPでは強磁性相、ヘリカル相を含む複雑な磁気相図を示す。高圧下中性子回折実験の結果、両者ともに超伝導相近傍の磁気相はヘリカル相であることが明らかになった。また、CrAsの化学ドーピング効果の研究により、超伝導とスピン揺動の相互作用を示唆する結果を得た。

世話人　 吉田 紘行
（hyoshida@sci.hokudai.ac.jp）
北海道大学理学部物理学科　(電話011-706-3484)