トポロジカル物質とスピントロニクス

Topological materials and spintronics

荒木 康史   

Araki, Yasufumi

「トポロジカル絶縁体」、「ワイル半金属」等のトポロジカル物質を用いたスピントロニクス研究は、理論・実験とも近年めざましい勢いで発展している。その一方、「トポロジー」という概念は抽象的なものであり、スピントロニクス・デバイスの構築、及びその構成要素となる物理現象を探求していくにあたって、トポロジカル物質が具体的にどのような恩恵をもたらすかは直感的に理解しにくい。本講演では、物質中の「トポロジー」が、スピントロニクスの省電力化に貢献しうる可能性を持つことを、基礎的な理論から出発して段階的に解説する。最初に物質中の電子において「トポロジー」がどうやって特徴づけられるかを解説し、どのような物質においてトポロジカルな構造が現れるかを説明する。次に、電子のトポロジーによって誘起される性質として「異常速度」を導入し、これがスピントロニクスの省電力化に重要な役割を果たすことを説明する。最後に講演者の研究成果の一つとして、異常速度によって実現される省電力の磁気制御メカニズム「トポロジカル・ホール・トルク」の理論及び実験測定について、簡潔に解説する。

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