金属磁性体におけるトポロジカル相転移と創発電磁現象の理論研究
| Project/Area Number |
22KJ0590
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| Project/Area Number (Other) |
21J20812 (2021-2022)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2023)
Single-year Grants (2021-2022) |
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| Section | 国内 |
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| Review Section |
Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
清水 宏太郎 東京大学, 工学系研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2023-03-08 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,200,000 (Direct Cost: ¥2,200,000)
Fiscal Year 2023: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2022: ¥700,000 (Direct Cost: ¥700,000)
Fiscal Year 2021: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
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| Keywords | トポロジカル磁気構造 / ヘッジホッグ / スキルミオン / 創発電磁場 / トポロジカル相転移 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究の目的は、局在スピンと遍歴電子が結合した金属磁性体において、スキルミオンやヘッジホッグに代表されるトポロジカルな磁気構造の安定性や量子輸送現象、非平衡ダイナミクスを理論的に解明することである。伝導電子とスピンの結合を取り入れた微視的なモデルや、従来の短距離のスピン間相互作用で記述されるモデルに対する大規模数値計算を主軸とした研究を行い、スピン電荷結合が磁気構造の安定性に与える影響を明らかにする。加えて、磁気構造が誘起する創発電磁場を解析することにより、物質パラメータ、温度や磁場といった外場の変化が、トポロジカルな性質や量子輸送現象、及び非平衡ダイナミクスにもたらす効果を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
申請者は昨年度より博士後期課程二年へと進学し、前年度までの研究をさらに発展・深化させて研究課題である金属磁性体におけるトポロジカル磁気テクスチャと創発電磁現象の理論研究について、より一層踏み込んだ研究をしてきた。具体的には、ある種の磁性体で発現するトポロジカル磁気構造における位相自由度に着目した研究を行った。近年、磁気スキルミオンや磁気ヘッジホッグと呼ばれるトポロジカル磁気構造が、次世代エレクトロニクスデバイスのシーズとして注目を集めている。こうした磁気構造は、しばしば複数の螺旋磁気構造の重ね合わせとして理解され、その重ね合わせには波の「起点」に対応する位相自由度が存在する。我々はしばしば解析が煩雑な位相を系統的に取り扱う手法を確立するとともに、二次元磁気スキルミオン格子や三次元磁気ヘッジホッグ格子といったトポロジカル磁気構造に本手法を適用し、位相がトポロジカルな性質に与える影響を調べ上げた。その結果、これまでの解析では見つかっていなかったトポロジカルに非自明な磁気構造を発見するとともに、磁気ヘッジホッグの対消滅、対生成、融合や、量子輸送現象に直接的に結びつく物理量である創発磁場の急激な変化を伴う特異なトポロジカル相転移を発見した。
さらに、一次元カイラル磁性体に現れる螺旋磁気構造を対象として、振動磁場によって誘起される創発電場に関する系統的な研究も行った。一次元の磁気構造はトポロジカルに自明であり、創発磁場は存在しない。しかしながら、その非共線な磁気構造を反映して創発電場は有限になりうる。そこで申請者は、Landau-Lifshitz-Gilbert方程式を数値的に解くことによって振動磁場による磁気構造のダイナミクスをシミュレーションし、磁気共鳴において創発電場が増大されることを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
申請者は昨年度より博士後期課程二年へと進学し、前年度までの研究をさらに発展・深化させて研究課題である金属磁性体におけるトポロジカル磁気テクスチャと創発電磁現象の理論研究について、より一層踏み込んだ研究をしてきた。局在スピン模型や有効スピン模型を対象としたトポロジカル磁気構造やトポロジカルな性質の制御性に関する研究を行い、これまでに報告されてこなかった新しいトポロジカル相転移を発見するなど、多くの進展があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後は、これまであまり重点的に扱ってこなかった近藤腰模型に着目した研究を進める予定である。磁気構造やそのトポロジカルな性質に伝導電子が与える影響を明らかにするとともに、ここまでの研究で培ってきたトポロジカル磁性における安定性や制御性に関する知見を用いることで、遍歴磁性体におけるトポロジカル磁気構造の創出・制御に関する学理構築を目指す。
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Report
(2 results)
Research Products
(21 results)
