複雑なナノスピン構造に由来する物性を予測する第一原理計算手法を開発~次世代高速・低消費エネルギーのスピントロニクス素子開発に貢献~

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2025-03-13 東北大学

東北大学金属材料研究所の陳曉邑助教らの研究チームは、非共面スピン構造を持つ物質の電子状態を予測する新たな第一原理計算手法を開発しました。 従来、非共面スピン構造の解析は計算資源の制約から困難でしたが、今回の手法により高精度な数値予測が可能となりました。これにより、革新的なスピントロニクス材料の探索や開発が期待されます。

​<関連情報>

第一原理から見たスキルミオンのトポロジカルホール効果 Topological Hall Effect of Skyrmions from first Principles

Hsiao-Yi Chen, Takuya Nomoto, Max Hirschberger, and Ryotaro Arita
Physical Review X  Published: 11 March, 2025
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevX.15.011054

複雑なナノスピン構造に由来する物性を予測する第一原理計算手法を開発~次世代高速・低消費エネルギーのスピントロニクス素子開発に貢献~

Abstract

We formulate a first-principles approach for calculating the topological Hall effect (THE) in magnets with noncollinear nanoscale spin textures. We employ a modeling method to determine the effective magnetic field induced by the spin texture, thereby circumventing the computational challenges associated with superlattice calculations. Based on these results, we construct a Wannier tight-binding Hamiltonian to characterize the electronic states and calculate the Hall conductivity. Applying this approach to the skyrmion material Gd2⁢PdSi3 shows good agreement with experimental data. Our analysis in momentum space further reveals that the dominant contribution to the THE arises from the crossing points between the folded bands along high-symmetry lines in the Brillouin zone. This work advances numerical techniques for simulating a general magnetic system, exemplified by but not restricted to skyrmion lattice, and its result offering insights into the complex interplay between spin textures and electronic transport.

1700応用理学一般
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