| Project/Area Number |
22KJ1061
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| Project/Area Number (Other) |
22J21430 (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 (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 |
吉持 遥人 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 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥2,500,000 (Direct Cost: ¥2,500,000)
Fiscal Year 2024: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2023: ¥800,000 (Direct Cost: ¥800,000)
Fiscal Year 2022: ¥900,000 (Direct Cost: ¥900,000)
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| Keywords | スキルミオン / 物質探索 / 磁気共鳴 |
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| Outline of Research at the Start |
スキルミオンと呼ばれるスピンの渦構造が、次世代情報担体の候補として注目されている。本研究では、近年提唱された、遍歴電子が媒介する相互作用による新しいスキルミオン形成機構に着目し、このような新機構が最も有効に作用するような候補物質を集中的に開拓することで、スキルミオン径の世界最小記録を更新する新物質の発見を目指す。さらに、このような極小サイズのスキルミオンはピコ秒スケールの超高速外場応答が期待され、時間分解磁気光学イメージング法によって、極小スキルミオンの超高速ダイナミクスを観測する。本研究を通じて、スキルミオンの超高密度・超高速制御可能な情報担体としてのポテンシャルを明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度の研究業務では、近年提唱された新しいトポロジカル磁気構造の形成機構である、遍歴電子が媒介する相互作用に基づく機構に着目した。特に、前年度の研究業務で発見した極小サイズの多彩なトポロジカル磁気構造における外場制御を試みた。
1点目に、前年度の研究期間で発見した正方晶物質GdRu2Ge2における研究成果を論文としてまとめ、自身を筆頭著者として国際誌Nature Physicsにて発表した。本論文では、中性子散乱実験及び共鳴X線散乱実験に基づく詳細な磁気構造解析によって、本物質では楕円形スキルミオンやメロン-アンチメロン対、円形スキルミオンを含む直径2.7 nmのナノサイズの多彩なトポロジカル磁気粒子が実現していることを発見した。その上、遍歴電子が媒介する相互作用に基づく理論計算によって、これらの多彩なトポロジカル磁気粒子の形成機構を突き止めた。本成果は極小サイズのスキルミオンを実現するための新しい物質開拓指針を打ちたてる重要な成果であると考えている。
2点目に、上記で発見したGdRu2Ge2を対象として磁気相図の磁場角度依存性を測定したところ、面内磁場に対するメロンアンチメロン対の安定性が非常にロバストであることを発見した。本結果は、理論計算によっても精度良く再現されており、弱い面内磁場によって極小サイズのスキルミオンとメロン-アンチメロン対の間を自在に制御できることを明らかにした。
3点目に、空間反転対称な新規物質を対象として、トポロジカル磁気構造の探索を行った。磁化・電気輸送測定の結果、トポロジカルホール効果が発現していることを明らかにした。本物質に対して中性子散乱実験を行ったところ、トポロジカルホール効果に対応する領域で、複数方向のらせんの重ね合わせであるmulti-Q磁気構造が発現していることが明らかとなった。今後共鳴X線散乱実験によって磁気構造の同定を行う予定である。
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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
これまでの研究によって、正方晶物質GdRu2Ge2において楕円形スキルミオンやメロン-アンチメロン対、円形スキルミオンを含む直径2.7 nmのナノサイズの多彩なトポロジカル磁気粒子が実現していることを発見した。本成果は極小サイズのスキルミオンを実現するための新しい物質開拓指針を打ちたてる画期的な成果であると考えており、今後の更なる磁気スキルミオン物質の探索に大いに寄与すると期待される。
さらに本物質を元に、極小サイズのスキルミオンとメロン-アンチメロン対の間を自在に制御できることを明らかにしている。本研究は、多彩なトポロジカル磁気構造の情報担体としてのポテンシャルを解明する重要な成果であると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
本年度の研究では、上述したような正方晶物質における多彩なトポロジカル構造の制御に加え、新たなトポロジカル磁気構造の候補物質を発見している。今後は中性子散乱実験や共鳴X線散乱実験等によって、詳細な磁気構造の同定を進めるほか、理論家との共同研究によって、微視的な起源の解明と物質設計指針の確立を目指す。
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