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Topological charge dynamics derived from magnetic skyrmions

Research Project

Project/Area Number 19K14653
Research Category

Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research InstitutionThe University of Tokyo

Principal Investigator

Okamura Yoshihiro  東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (20804735)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2021-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2020)
Budget Amount *help
¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Fiscal Year 2019: ¥2,080,000 (Direct Cost: ¥1,600,000、Indirect Cost: ¥480,000)
Keywordsスキルミオン / 磁気光学効果 / スピントロニクス
Outline of Research at the Start

スキルミオンの特殊なスピン配列によって生じるベリー位相効果によって引き起こされる伝導電子ダイナミクスの探索を行い、これまでにはないスキルミオンの光機能性や光応答の観測を目指す。具体的には、スキルミオン由来の光の偏光回転(ファラデー回転)の観測や電流誘起磁化発生(エデルシュタイン効果)の光検出を行う。前者では磁場誘起のファラデー回転スペクトルを広いエネルギー領域において測定し、後者においては、ファラデー回転の電流誘起成分の検出を行う。ともに、温度磁場を広く測定することでスキルミオン相との対応を精査し、スキルミオン由来の効果の検出を試みる。

Outline of Final Research Achievements

We explore the novel topological charge dynamics derived from the Berry-phase effect of the magnetic skyrmions, which may lead to the optical functionality and giant response. To this end, we addressed two subjects: (i) Current-induced magnetization (Edelstein effect) and (ii) Magneto-optical Faraday rotation. Although we found some spurious effects in case (i), we successfully observed the Faraday rotation arising from the skyrmion formation. This topological Faraday rotation shows the resonance structure upon the band crossings due to the skyrmion formation, which reaches the giant value of 20 mrad. Our work demonstrates that the Berry phase effect of the magnetic skyrmion can show up in the optical response.

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

スキルミオンにおけるベリー位相効果は理論的には明快に示されているものの、実験的な実証は容易ではなく、また現象のバリエーションとしても乏しいのが現状である。本研究では、これまで行われてこなかった光学応答の探索を行い、スキルミオンと電子状態が強く相互作用することで初めて生じる光学応答を確立することができた。応用的な観点からみても、磁気光学効果は現代ではアイソレーターの原理として携帯電話などの通信デバイスのキーテクノロジーである。その増強指針においてトポロジカルスピン構造という新しいガイドラインを提案することができた。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report   Final Research Report ( PDF )
  • 2019 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2020 2019 Other

All Journal Article (2 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (7 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Giant magneto-optical responses in magnetic Weyl semimetal Co3Sn2S22020

    • Author(s)
      Okamura Y.、Minami S.、Kato Y.、Fujishiro Y.、Kaneko Y.、Ikeda J.、Muramoto J.、Kaneko R.、Ueda K.、Kocsis V.、Kanazawa N.、Taguchi Y.、Koretsune T.、Fujiwara K.、Tsukazaki A.、Arita R.、Tokura Y.、Takahashi Y.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-8

    • DOI

      10.1038/s41467-020-18470-0

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Propagation dynamics of spin excitations along skyrmion strings2020

    • Author(s)
      Seki S.、Garst M.、Waizner J.、Takagi R.、Khanh N. D.、Okamura Y.、Kondou K.、Kagawa F.、Otani Y.、Tokura Y.
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 11 Issue: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1038/s41467-019-14095-0

    • Related Report
      2019 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] 強磁性ラインノード半金属Fe3GeTe2薄膜における異常ホール効果の分光研究2020

    • Author(s)
      加藤喜大, 岡村嘉大, 見波将, 藤村怜香, 茂木将孝, 吉見龍太郎, 塚﨑敦, 高橋圭, 川﨑雅司, 有田亮太郎, 十倉好紀, 高橋陽太郎
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] カイラル反強磁性体CoNb3S6における巨大磁気光学効果2020

    • Author(s)
      林悠大、岡村嘉大、カーンヌイェン、関真一郎、十倉好紀、高橋陽太郎
    • Organizer
      日本物理学会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] トポロジカル絶縁体表面における半整数量子ホール伝導度の検出2019

    • Author(s)
      茂木将孝, 岡村嘉大, 川村稔, 吉見龍太郎, 安田憲司, 森本高裕, 塚崎敦, 高橋圭, 高橋陽太郎, 永長直人, 川崎雅司, 十倉好紀
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] ヘキサフェライトにおけるエレクトロマグノンのテラヘルツ強励起効果2019

    • Author(s)
      肉倉洋恵, 井口照悟, 岡村嘉大, 荻野槙子, 石渡晋太郎, 徳永祐介, 田口康二郎, 金子良夫, 十倉好紀, 高橋陽太郎
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 磁性トポロジカル絶縁体薄膜における量子異常ホール状態の赤外磁気光学分光2019

    • Author(s)
      加藤喜大, 岡村嘉大, 茂木将孝, 吉見龍太郎, 塚﨑敦, 高橋圭, 川﨑雅司, 十倉好紀, 高橋陽太郎
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] MnGe薄膜におけるテラヘルツ異常ホール効果の膜厚依存性2019

    • Author(s)
      林悠大, 岡村嘉大, 金澤直也, 塚崎敦, 川﨑雅司, 市川昌和, 十倉好紀, 高橋陽太郎
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Presentation] 磁性ワイル半金属Co3Sn2S2における巨大磁気光学効果の観測2019

    • Author(s)
      岡村嘉大, 村本丈, 加藤喜大, 金子竜馬, 藤代有絵子, 金子良夫, 上田健太郎, 金澤直也, 十倉好紀, 高橋陽太郎
    • Organizer
      日本物理学会2019年秋季学会
    • Related Report
      2019 Research-status Report
  • [Remarks] 物質のトポロジーに由来した巨大磁気光学効果の発見

    • URL

      https://www.t.u-tokyo.ac.jp/foe/press/setnws_202009160956044725043931.html

    • Related Report
      2020 Annual Research Report

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Published: 2019-04-18   Modified: 2022-01-27  

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