Experimental verification of replica-symmetry-breaking in real spin glasses
| Project/Area Number |
20H01852
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
田畑 吉計 京都大学, 工学研究科, 准教授 (00343244)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
黒川 修 京都大学, 工学研究科, 准教授 (90303859)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥18,070,000 (Direct Cost: ¥13,900,000、Indirect Cost: ¥4,170,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Fiscal Year 2020: ¥11,830,000 (Direct Cost: ¥9,100,000、Indirect Cost: ¥2,730,000)
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| Keywords | スピングラス / レプリカ対称性の破れ / 磁気ノイズ測定 / スピン偏極STM / 磁化緩和測定 |
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| Outline of Research at the Start |
スピングラス(SG)平均場理論から導かれた「レプリカ対称性の破れ(RSB)」は、ガラス状態を記述する普遍的な概念であると信じられている。しかし、現実の物質でRSBが起こっているかどうかは、RSB概念の発端となったSGにおいても分かっていない。
本課題は、モデル物質を対象に、SG秩序状態におけるスピン配列の重なり分布関数P(q)を、磁気ノイズ測定を通した揺動散逸比測定、スピン偏極STMによるスピン配列の実空間観測、の2つの手法により観測することで、現実のSG物質におけるRSBの当否を確かめることを目指す。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、現実のスピングラス(SG)物質におけるレプリカ対称性の破れ(RSB)の有無を、スピン配列の重なり分布関数P(q)を観測することで検証することを目的としており、P(q)の観測方法としては、(I)磁気応答測定による間接的な観測(研究代表者:田畑が担当)と、(II)スピン偏極STMによる直接観測(分担者:黒川が担当)を目指している。2021年度に得た結果は以下の通り。 (I)に関しては、長距離のRKKY相互作用が働くイジングSG物質Dy(Ru,Co)2Si2及びハイゼンベルグSG物質であるAu(Mn), Cu(Mn)について、これまでに多くのSG物質で行われてきた等温エイジング実験ではなく、冷却中のSGドメイン成長を観測する冷却エイジング実験を行い、異なる温度におけるSG状態間の重なりについて調べた。その結果、イジング、ハイゼンベルグに関わらず、異なる温度のSG状態のスピン配列が異なっていることが明確に見出された。これは微小な温度変化によって安定なSG状態が完全に変化する「温度カオス」の存在を強く示唆しており、降温と共に新しい安定状態が階層的に出現する RSB SGが実現していることを強く示している。さらに、P(q)の間接測定のための磁気ノイズ測定システムの低ノイズ化を進めた。 (II)に関しては、2020年度に予定していた低温環境におけるスピン偏極STMの装置整備を2021年度に繰越して行ない、Dy(Ru,Co)2Si2のスピン偏極STM測定を目的の液体ヘリウム温度近傍で行った。Dy層と考えられる面でのスピン偏極像が得られたが、試料ホルダーの直接温度測定や温度制御が不十分であり(これらはコロナ禍の影響で整備が遅れた点であり、2022年度に繰越して整備した)、実際にSG状態のスピン配列を観測していると断定するには至らなかった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究課題遂行のための2つの実験プロジェクト、スピン配列の重なり分布関数P(q)の(I)磁気応答測定による間接的な観測と、(II)スピン偏極STMによる直接観測の内、(I)に関しては「研究実績の概要」にある通り、2021年度内に当初の予想よりも多くの成果が得られ、順調に進んでいる。一方、(II)に関しては、SG状態の凍結した乱雑なスピン配列の直接観測を可能とするために、分担者所有のSTMのスピン遍極モードへの改造と低温測定用の環境整備を行い、実際にSG状態のランダムなスピン配列を観測する予定であったが、2020年度から続くコロナ禍により、整備の遅れが余儀なくされた。2020年度実施予定の作業は2021年度に繰越して行い、概ね完成させ、液体ヘリウムを使った低温実験が可能となった。但し、この遅れの分、2021年度末までに整備予定であった試料ホルダーの直接温度計測及び制御については2021年度内には完遂できず、2022年度に繰越して行い、液体ヘリウム温度で問題なくスピン偏極STM測定が可能となった。しかし、1年遅れの整備であったため、この遅れと磁気応答測定の方の進捗状況を踏まえ、研究課題全体としては「やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
(I)に関しては、2021年度までの進捗に基づき、磁化緩和測定によるRSB検証と、磁気ノイズ測定システムの完成を進める。磁化緩和測定については、特に、2021年度に行った、冷却エイジングプロトコル実験で得られた結果を踏まえ、冷却エイジング中に成長するSGドメインサイズを実験的に見積もり、その成長則を調べ、温度カオスの有無や強さを明らかにする。また、P(q)についての情報を得るために、零磁場冷却磁化率と磁場中冷却磁化率の長時間極限での差について、実験的に検証する。
(II)に関しては、コロナ禍のために整備できなかった、試料ホルダーの直接温度計測及び制御のための改良を行う。その上で、2021年度に行ったDy(Ru,Co)2Si2のスピン偏極像がDyスピン配列を観測できていることを確かめるために、既知の周期的なスピン配列をとる純粋系のDyRu2Si2のスピン偏極STM実験を行う。さらに、その結果を踏まえて、Dy(Ru,Co)2Si2のスピン偏極STM実験を再度行い、SG状態の乱雑に凍結されたスピン配列の実空間観測、それによるP(q)の直接観測を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(6 results)
