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針井 一哉*; 埋田 真樹; 有沢 洋希*; 日置 友智*; 佐藤 奈々; 岡安 悟; 家田 淳一
Journal of the Physical Society of Japan, 92(7), p.073701_1 - 073701_4, 2023/07
被引用回数：1 パーセンタイル：57.37(Physics, Multidisciplinary)Magnetic property modification of an easy-plane magnetic insulator caused by an accumulation of nanocolumnar defects along the film normal was investigated by numerical simulations and heavy-ion beam irradiation experiments. Micromagnetic simulations suggest that depending on the density of the nonmagnetic nanocolumnar defects, the microstructure of the fragmented ferromagnetic domains is formed leading to magnetic coercivity enhancement as well as magnetization reduction. To prove this prediction, gold ions with 300 MeV were used for the irradiation to create amorphous nanocolumnar defects in crystalline bismuth-doped lutetium iron garnet (Bi:LuIG) films. As increasing the ion-irradiation dose, the modifications of the saturation magnetization and magnetic coercivity were observed in an uncorrelated manner; the enhancement of magnetic coercivity exhibits a fluence threshold whereas the decrease of saturation magnetization caused by ion-beam damage is monotonic with increasing beam fluence. These behaviors qualitatively agree with the numerical simulations and the models by continuum percolation theory. Because the irradiation effects are controlled by beam fluences, the present method has the potential to be a microstructuring technique for magnetic insulator.
荒木 康史; 家田 淳一
Journal of the Physical Society of Japan, 92(7), p.074705_1 - 074705_9, 2023/06
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Physics, Multidisciplinary)トポロジカル絶縁体は電子が波数空間でトポロジカル構造を持つことにより、様々な非自明な電磁応答現象を示す。一方で、現在用いられているインダクタ・キャパシタの動作原理は、マクスウェル方程式によって記述される古典電磁気学に基づいている。本研究では絶縁体中のトポロジカル電磁応答が、磁性体中の磁化ダイナミクスと組み合わさることにより、インダクタンス・キャパシタンスを生み出すことを示す。まず、トポロジカル場の理論に基づいて、複素インピーダンスを導出する理論的枠組みを提案する。次にその理論に基づき、接合系のセットアップでインダクタンス・キャパシタンスが発現することを示す。金属磁性体における創発インダクタンスに関する先行研究と比較すると、トポロジカル絶縁体はジュール熱を抑制できるため、素子内での電力損失を大幅に抑制することができる。これによって、トポロジカル電磁応答に起因したインダクタンスは弱電流・高周波数での動作を可能とし、更に電力効率の面でも高い品質係数(Q値)を実現できることを示す。
中山 勝政*; 鈴木 渓
Proceedings of Science (Internet), 430, p.379_1 - 379_9, 2023/04
本来のカシミール効果は連続時空上に存在する量子場から創発する物理現象であり、理論的にも信頼性の高い定式化が達成されているが、「格子」上に定義された空間(例えば、固体の結晶構造など)において、カシミール効果に相当する物理現象を定式化し、その性質を明らかにすることは重要なテーマである。本会議録では、格子上の様々な量子場に起因するカシミール効果の性質に関する近年の研究成果について報告する。まず、格子空間上のカシミールエネルギーを定義し、格子上のフェルミ粒子の一種であるウィルソン・フェルミオンによるカシミール効果が連続時空上のディラック粒子によるものと極めて似た性質となることを示す。さらに、Cd
As
やNaBiなどのディラック半金属を記述する有効ハミルトニアンを用いた解析により、この系のカシミールエネルギーが半金属薄膜の厚さの関数として振動することを示す。また、電子系に磁場をかけることで生じるランダウ量子化による影響や格子上の非相対論的量子場によるカシミール効果の性質についても報告する。
/GaN metal-oxide-semiconductor structures fabricated on N-polar GaN(000
) substrates溝端 秀聡*; 冨ヶ原 一樹*; 野崎 幹人*; 小林 拓真*; 吉越 章隆; 細井 卓治*; 志村 考功*; 渡部 平司*
Applied Physics Letters, 121(6), p.062104_1 - 062104_6, 2022/08
被引用回数：1 パーセンタイル：15.88(Physics, Applied)N極性GaN(000)基板上に作製したSiO/GaN MOS構造の界面特性とエネルギーバンドアライメントを、電気測定と放射光X線光電子分光法を用いて調べた。さらに、得られた結果をGa極性GaN(0001)上のSiO/GaN MOS構造の特性と比較した。SiO/GaN(000)構造はGaN(0001)基板上に作製した構造よりも熱的に不安定であることがわかった。しかし、絶縁膜堆積後アニールの条件を最適化することにより、SiO/GaN(000)構造でも優れた電気特性が得られた。一方で、SiO/GaN(000)構造の伝導帯オフセットがSiO/GaN(0001)構造よりも小さく、これによるゲートリーク電流の増大が見られた。以上のことから、MOSデバイスの作製においてN極性GaN(000)基板の利用には注意を要することを明らかにした。
小松 遊矢*; 清水 亮太*; 佐藤 龍平*; Wilde, M.*; 西尾 和記*; 片瀬 貴義*; 松村 大樹; 齋藤 寛之*; 宮内 雅浩*; Adelman, J. R.*; et al.
Chemistry of Materials, 34(8), p.3616 - 3623, 2022/04
被引用回数：9 パーセンタイル：76.65(Chemistry, Physical)Here, we demonstrate such a highly repeatable photoinduced insulator-to-metal transition in yttrium oxyhydride (YO
H
) epitaxial thin films. The temperature (
) dependence of the electrical resistivity (
) of the films transforms from insulating to metallic (
) under ultraviolet laser illumination. The sample is heated (125 
C) under an Ar atmosphere to recover its original insulating state. The films recover their original metallic conductivity when subsequently subjected to ultraviolet laser illumination, showing repeatable photoinduced insulator-to-metal transition. First principles calculations show that the itinerant carriers originate from the variations in the charge states of the hydrogen atoms that occupy octahedral interstitial sites. This study indicates that tuning the site occupancy (octahedral/tetrahedral) of the hydrogen atoms exerts a significant effect on the photoresponse of metal hydrides.
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review D, 104(9), p.094515_1 - 094515_11, 2021/11
被引用回数：5 パーセンタイル：36.61(Astronomy & Astrophysics)「ウィルソン・フェルミオン」と呼ばれる格子上のフェルミ粒子に対する近藤効果を記述する模型を構築し、様々な物理現象の予言・解明を行った。模型として、軽いウィルソン・フェルミオンと重いフェルミオンとの4点相互作用を含むカイラルGross-Neveu模型に対する平均場アプローチを用いた。結果として、ゼロ質量のウィルソン・フェルミオンからなる有限密度媒質において近藤効果が実現可能であることを示し、それに伴う近藤凝縮と軽いフェルミオン対の凝縮(スカラー凝縮)との共存相が存在可能であることを示した。このとき、スカラー凝縮が消える臨界的な化学ポテンシャルの値は近藤効果によってシフトする。さらに、負質量を持つウィルソン・フェルミオンにおいては、パリティ対称性が自発的に破れた相(Aoki phase)が生じることが知られているが、Aoki phaseが生じるパラメータ領域近傍で近藤効果も増幅されることを示した。本研究の発見は、ディラック半金属,トポロジカル絶縁体などの物質や、将来的な格子シミュレーションにおける不純物の役割を明らかにするために役立つことが期待される。
大柳 洸一*; Gomez-Perez, J. M.*; Zhang, X.-P.*; 吉川 貴史*; Chen, Y.*; Sagasta, E.*; Chuvilin, A.*; Hueso, L. E.*; Golovach, V. N.*; Sebastian Bergeret, F.*; et al.
Physical Review B, 104(13), p.134428_1 - 134428_14, 2021/10
被引用回数：13 パーセンタイル：78.56(Materials Science, Multidisciplinary)We report the observation of the spin Hall magnetoresistance (SMR) in a paramagnetic insulator. By measuring the transverse resistance in a Pt/GdGa
O
(GGG) system at low temperatures, paramagnetic SMR is found to appear with an intensity that increases with the magnetic field aligning GGG's spins. The observed effect is well supported by a microscopic SMR theory, which provides the parameters governing the spin transport at the interface. Our findings clarify the mechanism of spin exchange at a Pt/GGG interface, and demonstrate tunable spin-transfer torque through the field-induced magnetization of GGG. In this regard, paramagnetic insulators offer a key property for future spintronic devices.
O/YIG structureQi, J.*; Hou, D.*; Chen, Y.*; 齊藤 英治; Jin, X.*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 534, p.167980_1 - 167980_6, 2021/09
被引用回数：1 パーセンタイル：7.51(Materials Science, Multidisciplinary)Temperature dependence of the spin Hall magnetoresistance (SMR) has been investigated herein Pt/CrO/YFeO structure. Well below the N
el temperature of CrO, the SMR is not observed at the noise level of 1.2 ppm. In vicinity of the Nel temperature, only a positive SMR tracks the YIG magnetic switching process, supporting that the SMR of normal metal/antiferromagnetic insulator/ferromagnetic insulator trilayer is controlled by the Nel vector of the antiferromagnetic insulator. A high field magnetoresistance is observed up to an external magnetic field of 20000 Oe which has a field angle dependence symmetry consistent with the SMR. We attribute this high field magnetoresistance to be induced by the Hanle magnetoresistance in Pt.
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physical Review Research (Internet), 3(2), p.023201_1 - 023201_23, 2021/06
カシミール効果は、何らかの粒子のゼロ点エネルギーが2枚の平行平板の存在によって歪められることによって生じる物理現象である。格子上の自由度においては、エネルギーと運動量の分散関係はブリルアンゾーンの範囲で周期性を持つため、それに対応してカシミール効果も変化するはずである。本研究では、ナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンなどの格子フェルミオン系におけるカシミール効果の性質を理論的に調べた。特に、
, 
, 
次元において周期境界条件または反周期境界条件を持つ系について系統的な解析を行った。中でも、ナイーブ・フェルミオン,負質量を持つウィルソン・フェルミオン,domain-wall heightが大きい場合のオーバーラップ・フェルミオンなどの系において、奇数格子と偶数格子の間でカシミールエネルギーの大きさが振動する現象が見られた。この振動現象は、高運動量を持つ自由度(ダブラー)の存在に起因している。このような新奇なカシミール効果は、トポロジカル絶縁体のような物性系の実験や格子シミュレーションによって将来的に検証されることが期待される。
石川 力*; 中山 勝政*; 鈴木 渓
Physics Letters B, 809, p.135713_1 - 135713_7, 2020/10
被引用回数：10 パーセンタイル：75.97(Astronomy & Astrophysics)本論文では、相互作用のない格子フェルミオンにおけるカシミールエネルギーの定義を世界で初めて提案する。我々はこの定義を用いることで、空間方向に周期境界条件や半周期境界条件が課された1+1次元時空におけるナイーブ・フェルミオン,ウィルソン・フェルミオン,(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンに対するカシミール効果の性質を調べた。ナイーブ・フェルミオンにおいては、奇数個・偶数個の格子に対してカシミールエネルギーが交互に振動するという結果が得られた。ウィルソン・フェルミオンにおいては、格子サイズが
の領域で、連続理論のディラック粒子におけるカシミールエネルギーとよく一致する結果が得られた。この結果は、格子シミュレーションによってカシミール効果を測定する際に、ウィルソン・フェルミオンによる格子正則化を用いることで離散化誤差をよく制御できることを意味している。さらに、(メビウス・ドメインウォール・フェルミオン定式化に基づく)オーバーラップ・フェルミオンはトポロジカル絶縁体の表面モードに対応しており、様々なモデルパラメータ依存性も調べた。これらの発見は、対応する格子構造を持つ物性系や、格子上の数値シミュレーションによっても検証されることが期待される。
Te
Shikin, A. M.*; Estyunin, D. A.*; Klimovskikh, I. I.*; Filnov, S. O.*; Kumar, S.*; Schwier, E. F.*; 宮本 幸治*; 奥田 太一*; 木村 昭夫*; 黒田 健太*; et al.
Scientific Reports (Internet), 10, p.13226_1 - 13226_13, 2020/08
被引用回数：59 パーセンタイル：96.25(Multidisciplinary Sciences)Modification of the gap at the Dirac point (DP) in axion antiferromagnetic topological insulator MnBiTe and its electronic and spin structure have been studied by angle- and spin-resolved photoemission spectroscopy (ARPES) under laser excitation at various temperatures, light polarizations and photon energies. We have distinguished both large and reduced gaps at the DP in the ARPES dispersions, which remain open above the Nel temperature of 
= 24.5 K. We propose that the gap above remains open due to a short-range magnetic field generated by chiral spin fluctuations. Spin-resolved ARPES, XMCD and circular dichroism ARPES measurements show a surface ferromagnetic ordering for the large gap sample and apparently significantly reduced effective magnetic moment for the reduced gap sample.
O thin filmsQin, J.*; Hou, D.*; Chen, Y.*; 齊藤 英治; Jin, X.*
Journal of Magnetism and Magnetic Materials, 501, p.166362_1 - 166362_4, 2020/05
被引用回数：4 パーセンタイル：25.87(Materials Science, Multidisciplinary)Spin transmission in CrO films of different crystalline textures is studied experimentally. With YFeO/CrO/Pt trilayer devices, a spin current is injected into CrO by spin pumping from YFeO, and the spin transmission is monitored by the inverse spin Hall voltage (
) in Pt. For (0001) plane textured CrO films, vanishes quickly below the Nel temperature. However, the shows a broad shoulder below the Nel temperature for 
and 
plane co-textured CrO. Such a difference in the temperature dependence of CrO can be understood by the different Nel vector orientations with respect to the injected spin moment direction.
荒木 康史; 三澤 貴宏*; 野村 健太郎*
Physical Review Research (Internet), 2(2), p.023195_1 - 023195_11, 2020/05
We theoretically manifest that the edge of a quantum spin Hall insulator (QSHI), attached to an insulating ferromagnet (FM), can realize a highly efficient spin-to-charge conversion. Based on a one-dimensional QSHI-FM junction, the electron dynamics on the QSHI edge is analyzed, driven by a magnetization dynamics in the FM. Under a large gap opening on the edge from the magnetic exchange coupling, we find that the spin injection into the QSHI edge gets suppressed while the charge current driven on the edge gets maximized, demanded by the band topology of the one-dimensional helical edge states.
Klotz, S.*; 小松 一生*; Polian, A.*; 町田 真一*; 佐野 亜沙美; Iti
, J.-P.*; 服部 高典
Physical Review B, 101(6), p.064105_1 - 064105_6, 2020/02
被引用回数：4 パーセンタイル：25.92(Materials Science, Multidisciplinary)マンガン酸化物(MnO)は、反強磁性モット絶縁体の典型物質である。今回、我々は、高圧下においてネール温度
を挟んだ温度域で磁気秩序と格子歪の相互作用を、X線および中性子回折により調べた。その結果、体積歪は圧力に対して鈍感であること、は
=+4.5(5)K/GPaで上昇すること、格子歪
は
=+0.018/GPaで増大することがわかった。これらの結果は、
, 
相互作用定数の原子間距離への影響を調べることや、また第一原理計算による理論予測と比較を可能にする。反強磁性相互作用に起因する散漫散乱は、
1.2まで観測され、長距離秩序は、室温では42GPaで現れる。
Chen, Y.*; 塩見 雄毅*; Qiu, Z.*; 新関 友彦*; 埋田 真樹*; 齊藤 英治
Scientific Reports (Internet), 9, p.19052_1 - 19052_8, 2019/12
被引用回数：0 パーセンタイル：0(Multidisciplinary Sciences)In superconductors, a topological configuration of the superconducting order parameter called a superconducting vortex carries magnetization. Such a magnetic topological object behaves like a minute particle generating a magnetic flux. Since the flux is localized with a nanometer scale, the vortex provides a nano-scale probe for local magnetic fields. Here we show that information of magnetic stripes in insulators can be read out by using vortices in an adjacent superconductor film as a probe. The orientation and width of magnetic micro stripes are both transcribed into resistance change of the superconductor through the modulation of vortex mobility affected by local magnetization. By changing the direction of external magnetic fields, zero-field resistance changes continuously according to the stripe orientation, and its modulation magnitude reaches up to 100%. The width of the stripes can also be estimated from the oscillatory magnetoresistance. Our results demonstrate a new possibility for non-volatile analog memory devices based on topological objects.
VTe
角田 一樹*; 鹿子木 将明*; Reimann, J.*; Nurmamat, M.*; 後藤 伸一*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Kokh, K. A.*; Tereshchenko, O. E.*; G
dde, J.*; et al.
New Journal of Physics (Internet), 21(9), p.093006_1 - 093006_8, 2019/09
被引用回数：11 パーセンタイル：64.45(Physics, Multidisciplinary)We systematically investigate the magnetic, structural and electronic properties and the ultrafast carrier dynamics in a series of V-doped SbTe samples of composition SbVTe with x = 0, 0.015 and 0.03. Element specific X-ray magnetic circular dichroism signifies that the ferromagnetism of V-doped SbTe is governed by the p-d hybridization between the host carrier and the magnetic dopant. Time- and angle-resolved photoemission spectroscopy has revealed that the V impurity induced states underlying the topological surface state (TSS) add scattering channels that significantly shorten the duration of transient surface electrons down to 100 fs scale. This is in a sharp contrast to the prolonged duration reported for pristine samples though the TSS is located inside the bulk energy gap of the host in either magnetic or non-magnetic cases. It implies the presence of a mobility gap in the bulk energy gap region of the host material.
and CrGeTe伊東 直洋*; 吉川 貴史*; Barker, J.*; 廣部 大地*; 塩見 雄毅*; 齊藤 英治
Physical Review B, 100(6), p.060402_1 - 060402_6, 2019/08
被引用回数：45 パーセンタイル：88.88(Materials Science, Multidisciplinary)We have studied the longitudinal spin Seebeck effect (LSSE) in the layered ferromagnetic insulators CrSiTe and CrGeTe covered by Pt films in the measurement configuration where spin current traverses the ferromagnetic Cr layers. The LSSE response is clearly observed in the ferromagnetic phase and, in contrast to a standard LSSE magnet YFeO, persists above the critical temperatures in both CrSiTe/Pt and CrGeTe/Pt samples. With the help of a numerical calculation, we attribute the LSSE signals observed in the paramagnetic regime to exchange-dominated interlayer transport of in-plane paramagnetic moments reinforced by short-range ferromagnetic correlations and strong Zeeman effects.
Hou, D.*; Qiu, Z.*; 齊藤 英治
NPG Asia Materials, 11, p.35_1 - 35_6, 2019/07
被引用回数：40 パーセンタイル：84.4(Materials Science, Multidisciplinary)Spin transport is a key process in the operation of spin-based devices that has been the focus of spintronics research for the last two decades. Conductive materials, such as semiconductors and metals, in which the spin transport relies on electron diffusion, have been employed as the channels for spin transport in most studies. Due to the absence of conduction electrons, the potential to be a spin channel has long been neglected for insulators. However, since the demonstration of spin transmission through a ferromagnetic insulator, it was realized that insulators with magnetic ordering can also serve as channels for spin transport. Here, the recent progress of spin transport in antiferromagnetic insulators is briefly described with an introduction to the experimental techniques. The observations regarding the temperature dependence of spin transmission, spin current switching and the negative spin Hall magnetoresistance are discussed. We also include the challenges for developing the functionality of antiferromagnetic insulators as well as the unresolved problems from the experimental observations.
-suppression of magnonic shot noise in diffusive insulating magnets仲田 光樹; 大沼 悠一*; 松尾 衛*
Physical Review B, 100(1), p.014406_1 - 014406_8, 2019/07
被引用回数：1 パーセンタイル：4.65(Materials Science, Multidisciplinary)強磁性絶縁体接合系と比較し、不純物散乱をうける磁性絶縁体バルク中のマグノン流ノイズはに抑制されることを明らかにした。
(Sb
Bi)
TeYe, M.*; Xu, T.*; Li, G.*; Qiao, S.*; 竹田 幸治; 斎藤 祐児; Zhu, S.-Y.*; Nurmamat, M.*; 角田 一樹*; 石田 行章*; et al.
Physical Review B, 99(14), p.144413_1 - 144413_7, 2019/04
被引用回数：12 パーセンタイル：55.6(Materials Science, Multidisciplinary)We investigate the microscopic origin of ferromagnetism coupled with topological insulators in V-doped (Sb,Bi)Te employing X-ray magnetic circular dichroism and angle-resolved two-photon photoemission spectroscopies, combined with first-principles calculations. We found an magnetic moment at the Te site anti-parallel to that of the V and Sb sites, which plays a key role in the ferromagnetic order. We ascribe it to the hybridization between Te 5
and V 3
majority spin states at the Fermi energy, consistent with the Zener-type - exchange interaction scenario. The substitution of Bi for Sb suppresses the bulk ferromagnetism by introducing extra electron carriers in the majority spin channel of the Te states that compensates the antiparallel magnetic moment on the Te site. Our findings reveal important clues to designing magnetic topological insulators with higher Curie temperature that work under ambient conditions.
