• Search Research Projects
  • Search Researchers
  • How to Use
  1. Back to previous page

Theory of magneto-thermal transport by quantum clusters

Research Project

Project/Area Number 20K03810
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

Allocation TypeMulti-year Fund
Section一般
Review Section Basic Section 13020:Semiconductors, optical properties of condensed matter and atomic physics-related
Research InstitutionJapan Atomic Energy Agency

Principal Investigator

森 道康  国立研究開発法人日本原子力研究開発機構, 原子力科学研究部門 原子力科学研究所 先端基礎研究センター, 研究主幹 (30396519)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小椎八重 航  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 上級研究員 (20273253)
Project Period (FY) 2020-04-01 – 2025-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,120,000 (Direct Cost: ¥2,400,000、Indirect Cost: ¥720,000)
Keywordsフォノンホール効果 / 希土類ガーネット / 中性子散乱 / 結晶場 / 共鳴散乱 / 中性子 / X線 / 熱ホール効果 / クラスター / 多極子
Outline of Research at the Start

主にフォノン伝導に焦点をあて、複数の電子で構成された量子クラスターによる磁気熱輸送現象を研究する。フォノンは電荷もスピンも持たないが、複数の電子により構成された量子クラスターが、磁場下においてフォノン伝導を変える可能性がある。そのような量子クラスターによる磁気熱輸送現象を研究することで、磁気による熱流制御とエネルギーの効率的利用を目指す。

Outline of Annual Research Achievements

電子系の角運動量変化とフォノンの運動量変化の両方を伴った共鳴散乱振幅がフォノンホール効果の起源である。そのため、偏極非弾性中性子散乱実験により、フォノンと磁気励起(結晶場励起)の磁場依存性の観測を試みた。これまで、磁場と共にエネルギーが増加する結晶場励起を観測しており、この結晶場励起がTbGGにおけるフォノンホール効果の鍵だと考えられる。日本原子力研究開発機構のJRR-3で、偏極非弾性中性子散乱実験を行い、磁気散乱と核散乱の寄与を分離して観測することができた。そして、僅かではあるが、spin-flip channelとnon-spin-flip channelの散乱強度に有意な差を観測した。これは、フォノンと結晶場励起の相互作用によるものだと考えられる。結果をより確実なものとするためには、入射波と散乱波の両方にspin flipを入れた測定が必要である。また、今回の測定では磁場を用いることができなかったため、フォノンホール効果に関係する最低励起の結晶場とフォノンとの相互作用については観測できなかった。
TbGGの研究が、希土類鉄ガーネットTb3Ga5O12(TbIG)の研究へと発展した。TbIGのスピンゼーベック効果の詳細な測定が行われ、他の希土類鉄ガーネットとは異なり、低温でスピンゼーベック効果による電圧が生じないことが分かった。低温で磁場を増やすと電圧が生じ、温度を上げるとスピンゼーベック効果による電圧の符号反転が生じることも報告された。この磁場・温度依存性には、TbIGの結晶場励起が寄与している。非磁性絶縁体のTbGGの結晶場に関する知見が、同相の磁性希土類ガーネットの研究へと発展し、スピン熱電発電の可能性を広げることになると期待できる。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

当初計画のとおりに、偏極中性子で磁気散乱と核散乱の寄与を分離して観測することができた。そして、僅かではあるが、spin-flip channelとnon-spin-flip channelの散乱強度に有意な差が観測された。これは、フォノンと結晶場励起の相互作用によるものだと考えられる。また、実際の結晶場励起を取り入れたフォノンの共鳴散乱振幅の解析式を導出した。そして、電子クラスターへの一般化を行った。以上のことからおおむね順調に進展していると判断する。

Strategy for Future Research Activity

入射波と散乱波の両方にspin flipを入れた測定を行い、フォノンと結晶場励起の結合を実証する。また、磁場を用いた測定を行い、フォノンホール効果に関係する最低励起の結晶場とフォノンとの相互作用を定量的に評価する。また、実際の結晶場励起を取り入れたフォノンの共鳴散乱振幅の解析式を用いて、TbGGのフォノンホール効果の磁場方向依存性を評価して、実験データと比較検討を行う。そして、電子クラスターへ一般化した結果を適用する物質系を検討する。

Report

(4 results)
  • 2023 Research-status Report
  • 2022 Research-status Report
  • 2021 Research-status Report
  • 2020 Research-status Report
  • Research Products

    (28 results)

All 2023 2022 2021 2020 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (16 results) (of which Int'l Joint Research: 4 results,  Peer Reviewed: 15 results,  Open Access: 7 results) Presentation (7 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Invited: 1 results) Remarks (2 results) Patent(Industrial Property Rights) (2 results)

  • [Int'l Joint Research] Institut Laue Langevin(フランス)

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Journal Article] Magnetic Structures and Spin-Wave Excitations in Rare-Earth Iron Garnets Near the Compensation Temperature2023

    • Author(s)
      Mori Michiyasu、Ziman Timothy
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics

      Volume: 59 Issue: 11 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1109/tmag.2023.3285174

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Energetic perspective on emergent inductance exhibited by magnetic textures in the pinned regime2023

    • Author(s)
      Furuta Soju、Moody Samuel Harrison、Kado Kyohei、Koshibae Wataru、Kagawa Fumitaka
    • Journal Title

      npj Spintronics

      Volume: 1 Issue: 1 Pages: 1-1

    • DOI

      10.1038/s44306-023-00004-1

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Symmetry of the emergent inductance tensor exhibited by magnetic textures2023

    • Author(s)
      Furuta Soju、Koshibae Wataru、Kagawa Fumitaka
    • Journal Title

      npj Spintronics

      Volume: 1 Issue: 1 Pages: 3-3

    • DOI

      10.1038/s44306-023-00001-4

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Shapiro steps in charge-density-wave states driven by ultrasound2023

    • Author(s)
      Mori Michiyasu、Maekawa Sadamichi
    • Journal Title

      Applied Physics Letters

      Volume: 122 Issue: 4 Pages: 042202-042202

    • DOI

      10.1063/5.0132454

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Skyrmion Creation and Annihilation by Electric Current Vorticity2022

    • Author(s)
      Fujimoto Junji、Funaki Hiroshi、Koshibae Wataru、Matsuo Mamoru、Maekawa Sadamichi
    • Journal Title

      IEEE Transactions on Magnetics

      Volume: 58 Issue: 8 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1109/tmag.2021.3139638

    • Related Report
      2022 Research-status Report 2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Nonthermal current-induced transition from skyrmion lattice to nontopological magnetic phase in spatially confined MnSi2022

    • Author(s)
      Sato Takuro、Koshibae Wataru、Kikkawa Akiko、Taguchi Yasujiro、Nagaosa Naoto、Tokura Yoshinori、Kagawa Fumitaka
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 106 Issue: 14 Pages: 144425-14425

    • DOI

      10.1103/physrevb.106.144425

    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Half-integer Shapiro-steps in superconducting qubit with a π-Josephson junction2022

    • Author(s)
      M. Mori, S. Maekawa
    • Journal Title

      Applied PhysicsExpress

      Volume: 14 Issue: 10 Pages: 103001-103005

    • DOI

      10.35848/1882-0786/ac211d

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Direct visualization of the three-dimensional shape of skyrmion strings in a noncentrosymmetric magnet2022

    • Author(s)
      S. Seki, M. Suzuki, M. Ishibashi, R. Takagi, N. D. Khanh, Y. Shiota, K. Shibata, W. Koshibae, Y. Tokura & T. Ono
    • Journal Title

      Nature Materials

      Volume: 21 Issue: 2 Pages: 181-187

    • DOI

      10.1038/s41563-021-01141-w

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Hybridization of Bogoliubov quasiparticles between adjacent CuO2 layers in the triple-layer cuprate Bi2Sr2Ca2Cu3O10+δ studied by angle-resolved photoemission spectroscopy2021

    • Author(s)
      Ideta S.、Johnston S.、Yoshida T.、Tanaka K.、Mori M.、Anzai H.、Ino A.、Arita M.、Namatame H.、Taniguchi M.、Ishida S.、Takashima K.、Kojima K.?M.、Devereaux T.?P.、Uchida S.、Fujimori A.
    • Journal Title

      Physical Review Letters

      Volume: 127 Issue: 21 Pages: 217004-217004

    • DOI

      10.1103/physrevlett.127.217004

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Half-integer Shapiro steps in strong ferromagnetic Josephson junctions2021

    • Author(s)
      Y. Yao, R. Cai, S.H. Yang, W. Xing, Y. Ma, M. Mori, Y. Ji, S. Maekawa, X.C. Xie, and W. Han
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 104 Issue: 10 Pages: 104414-104414

    • DOI

      10.1103/physrevb.104.104414

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Spin Excitations of the S=1/2 One-Dimensional Ising-Like Antiferromagnet BaCo2V2O8 in Transverse Magnetic Fields2021

    • Author(s)
      A. Okutani, H. Onishi, S. Kimura, T. Takeuchi, T. Kida, M. Mori, A. Miyake, M. Tokunaga, K. Kindo, M. Hagiwara
    • Journal Title

      J. Phys. Soc. Jpn.

      Volume: 90 Issue: 4 Pages: 044704-044704

    • DOI

      10.7566/jpsj.90.044704

    • Related Report
      2021 Research-status Report 2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Zeeman coupling and Dzyaloshinskii-Moriya interaction driven by electric current vorticity2021

    • Author(s)
      Fujimoto Junji、Koshibae Wataru、Matsuo Mamoru、Maekawa Sadamichi
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 103 Issue: 22

    • DOI

      10.1103/physrevb.103.l220402

    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Thermoelectric Properties of Cobalt Oxides and Other Doped Mott Insulators2021

    • Author(s)
      Koshibae Wataru
    • Journal Title

      Spin-Crossover Cobaltite

      Volume: - Pages: 159-176

    • DOI

      10.1007/978-981-15-7929-5_7

    • ISBN
      9789811579288, 9789811579295
    • Related Report
      2021 Research-status Report
  • [Journal Article] Nuclear Magnetic Relaxation Time near the Compensation Temperature in a Ferrimagnetic Insulator2020

    • Author(s)
      Mori Michiyasu
    • Journal Title

      Journal of the Physical Society of Japan

      Volume: 89 Issue: 11 Pages: 114705-114705

    • DOI

      10.7566/jpsj.89.114705

    • NAID

      210000158548

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Real-Space Observation of Topological Defects in Extended Skyrmion-Strings2020

    • Author(s)
      Yu Xiuzhen、Masell Jan、Yasin Fehmi S.、Karube Kosuke、Kanazawa Naoya、Nakajima Kiyomi、Nagai Takuro、Kimoto Koji、Koshibae Wataru、Taguchi Yasujiro、Nagaosa Naoto、Tokura Yoshinori
    • Journal Title

      Nano Letters

      Volume: 20 Issue: 10 Pages: 7313-7320

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.0c02708

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] Bulk and surface topological indices for a skyrmion string: current-driven dynamics of skyrmion string in stepped samples2020

    • Author(s)
      Koshibae Wataru、Nagaosa Naoto
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 10 Issue: 1 Pages: 20303-20303

    • DOI

      10.1038/s41598-020-76469-5

    • Related Report
      2020 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] 補償温度近傍における希土類鉄ガーネットの磁気構造とスピン波励起2023

    • Author(s)
      森 道康
    • Organizer
      日本物理学会第78回年次大会
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] 音波駆動された電荷密度波状態のシャピロステップ2022

    • Author(s)
      森 道康
    • Organizer
      第28回渦糸物理ワークショップ
    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Presentation] Numerical simulation study of magnetic skyrmion-string dynamics in stepped samples2022

    • Author(s)
      Wataru Koshibae and Naoto Nagaosa
    • Organizer
      第29回低温物理学国際会議
    • Related Report
      2022 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 高分解能分光が可能にするスピントロニクス研究の展望2022

    • Author(s)
      森道康
    • Organizer
      第35回日本放射光学会年会
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] Magnetic Excitations of the Spin-1/2 Quasi-One-Dimensional Ising-Like Antiferromagnet BaCo2V2O8 in a Transverse Magnetic Field2021

    • Author(s)
      A. Okutani, H. Onishi, S. Kimura, T. Takeuchi, T. Kida, M. Mori, A. Miyake, M. Tokunaga, K. Kindo, and M. Hagiwara
    • Organizer
      The 22nd International Society of Magnetic Resonance Conference
    • Related Report
      2021 Research-status Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] スピン1/2擬一次元イジング型反強磁性体BaCo_2_V_2_O_8_の横磁場中のスピン励起2020

    • Author(s)
      萩原政幸, 奥谷顕, 大西弘明, 木村尚次郎, 竹内徹也, 木田孝則, 森道康, 三宅厚志, 徳永将史, 金道浩一
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Presentation] 擬一次元イジング型反強磁性体BaCo_2_V_2_O_8_の横磁場中磁気励起のDMRGによる解析2020

    • Author(s)
      大西弘明, 森道康, 奥谷顕, 木村尚次郎, 萩原政幸
    • Organizer
      日本物理学会第76回年次大会
    • Related Report
      2020 Research-status Report
  • [Remarks]

    • URL

      https://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/spinenergy/morimichi/index.html

    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks]

    • URL

      https://asrc.jaea.go.jp/soshiki/gr/spinenergy/morimichi/index.html

    • Related Report
      2022 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 可変デバイス、携帯端末およびDCDCコンバータ2023

    • Inventor(s)
      古田爽樹,賀川史敬,小椎八重航,永長直人,金子良夫,十倉好紀
    • Industrial Property Rights Holder
      古田爽樹,賀川史敬,小椎八重航,永長直人,金子良夫,十倉好紀
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Patent(Industrial Property Rights)] 電気デバイスおよびメモリ素子2023

    • Inventor(s)
      古田爽樹,賀川史敬,小椎八重航,永長直人,金子良夫,十倉好紀
    • Industrial Property Rights Holder
      古田爽樹,賀川史敬,小椎八重航,永長直人,金子良夫,十倉好紀
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Filing Date
      2023
    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2020-04-28   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi