Weyl Fermions and Spin Dynamics of Metallic Ferromagnet SrRuO3

고체에서 전자의 “양자 역학적 위상”에 의한 새로운 증거들이 전세계적으로 많은 주목을 받고 있다. 이런 현상의 직접적인 결과가 강자성체의 \"이상 홀 효과\" 등의 전자 수송에서 관측되고 있고, 한 예가 금속 강자성체 SrRuO3 홀 효과이다. 이 물질의 홀 온도 변화는 \"전자 상태의 양자 역학적 위상\"에 의해 영향을 받고, 궁극적으로는 모멘텀 공간의 자기홀극에 의한 결과로 받아들여지고 있다. 이번 연구에서 박제근 교수는 비탄성 중성자 산란을 이용하여 SrRuO3 스핀갭의 온도의존성을 측정함으로써 스핀동력학에서 양자역학적 위상 효과를 첫 번째로 발견할 수 있었다. 이번 연구는 일본 KEK/J-PARC의 S Itoh 교수, RIKEN의 Y. Tokura, N. Nagaosa 교수 그룹과 공동연구로 이루어졌다.

Weyl fermions that emerge at band crossings in momentum space caused by the spin-orbit interaction act as magnetic monopoles of the Berry curvature and contribute to a variety of novel transport phenomena such as anomalous Hall effect and magnetoresistance. However, their roles in other physical properties remain mostly unexplored. Here, we provide evidence by neutron Brillouin scattering that the spin dynamics of the metallic ferromagnet SrRuO3 in the very low energy range of millielectron volts is closely relevant to Weyl fermions near Fermi energy. While the
observed spin wave dispersion is well described by the quadratic momentum dependence, the temperature dependence of the spin wave gap shows a nonmonotonous behavior, which can be related to that of the anomalous Hall conductivity. This shows that the spin dynamics directly reflects the crucial role of Weyl fermions in the metallic ferromagnet.
Nature Communication, 7, 11788 (2016)