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

Clarification of magnetism and its elementary excitations and dynamics in icosahedral quasicrystal

Research Project

Project/Area Number 23K17672
Research Category

Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)

Allocation TypeMulti-year Fund
Review Section Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
Research InstitutionKyushu Institute of Technology

Principal Investigator

渡辺 真仁  九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40334346)

Project Period (FY) 2023-06-30 – 2026-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2023)
Budget Amount *help
¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2023: ¥3,380,000 (Direct Cost: ¥2,600,000、Indirect Cost: ¥780,000)
Keywords準結晶 / 近似結晶 / 結晶場 / 磁気異方性 / 非共線・非共面磁気構造 / 動的磁気構造因子 / 非相反磁気励起 / 20面体 / 磁性 / 磁気ダイナミクス
Outline of Research at the Start

非周期的な原子配列からなる準結晶は周期結晶では許されない5回回転対称性などの特有回転対称性をもつ。その電子物性の解明は物性物理学のフロンティアである。準結晶において磁気長距離秩序が実現するか否かは長い間未解明であった。本研究では、準結晶における新奇磁性の開拓に挑戦する。具体的には、準結晶において、新奇磁気秩序を探索・同定する。さらに、同定した磁性相の素励起とダイナミクスを解明し、準結晶における磁気励起の概念を確立することをめざす。

Outline of Annual Research Achievements

近年、準結晶Au65Ga20R15 (R=Tb, Gd)およびAuxGa85-xDy15 (x=62-68)において強磁性長距離秩序が実験により発見され、大きな注目を集めている。理論的には、これまで未解明であった結晶場の理論が定式化され、結晶場による磁気異方性の効果を正確に取り入れた有効磁気モデルにより20面体準結晶および近似結晶の磁気構造が明らかとなってきた。
また、20面体準結晶の非共線フェリ強磁性秩序およびヘッジホッグ秩序における磁気励起について理論解析が最近行われた。興味深いことに、一様なヘッジホッグ秩序相における静的磁気構造因子および動的磁気構造因子の理論解析により、周期系ではこれまで知られていない特異な動的励起、および広大な波数q -エネルギーw領域で非相反磁気励起が現れることが見出された。
本研究では準結晶で見出されたこれらの磁気励起の出現機構に洞察を得るため、1/1近似結晶の一様なヘッジホッグ秩序相における磁気励起について理論解析を行った。まず、静的磁気構造因子が一般に格子の構造因子と20面体の磁気構造因子の積の形で表されることを示した。さらに一様なヘッジホッグ秩序相の静的磁気構造因子を数値計算により明らかにし、解析的な表式も導出した。また、線形スピン波理論を適用することにより、磁気励起のエネルギー分散を数値計算により求めた。その結果、波数空間のN-P-Gamma線に沿った領域で、エネルギー分散が非相反性を顕著に示すことがわかった。さらに、動的磁気構造因子S(q,ω)は高エネルギー領域のGamma-H線およびP-Gamma-N線に沿ったGamma点近傍で強い強度を示すことを明らかにした。また、基底状態からのマグノン励起を摂動論により解析した結果、波数空間のN-P-Gamma線に沿った領域で非相反磁気励起が現れ、上記の顕著な非相反性の出現を説明できることがわかった。さらに、対称性の観点から非相反磁気励起の出現が説明できることを示した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

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

Reason

近似結晶における磁気有効モデルについて、磁気基底状態を求める数値計算プログラムを構築した。さらに静的および動的磁気構造因子を計算するための理論の定式化および数値計算プログラムも構築した。これらを用いてヘッジホッグ秩序相の静的および動的磁気構造を明らかにすることができたので、当初予定通り順調に研究は進捗している。

Strategy for Future Research Activity

今年度明らかにした、準結晶のヘッジホッグ秩序相の静的および動的磁気構造因子を実験研究者に提示し、今後の中性子散乱実験による静的および動的磁気構造の観測に向けて、実験研究者と連携して研究を推進していく。

Report

(1 results)
  • 2023 Research-status Report
  • Research Products

    (10 results)

All 2024 2023 Other

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 1 results) Presentation (4 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Invited: 2 results) Book (3 results) Remarks (1 results)

  • [Journal Article] Magnetic dynamics and nonreciprocal excitation in uniform hedgehog order in icosahedral 1/1 approximant crystal2023

    • Author(s)
      Shinji Watanabe
    • Journal Title

      Scientific Reports

      Volume: 13 Issue: 1

    • DOI

      10.1038/s41598-023-41292-1

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Crystalline Electronic Field and Magnetic Anisotropy in Dy-based Icosahedral Quasicrystal and Approximant2023

    • Author(s)
      S. Watanabe, T. Iwasaki
    • Journal Title

      Physical Review B

      Volume: 108 Issue: 4

    • DOI

      10.1103/physrevb.108.045110

    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 正20面体準結晶と近似結晶における磁性(理論)2024

    • Author(s)
      渡辺真仁
    • Organizer
      日本物理学会、領域7 ・領域8 ・領域10・領域11合同セッション(オンライン)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Invited
  • [Presentation] 0面体準結晶の強磁性秩序における磁気ダイナミクス2023

    • Author(s)
      渡辺真仁
    • Organizer
      日本物理学会、領域6 ・領域8 合同セッション(東北大学)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Presentation] Strongly Correlated Emergent Phenomena in Rare-Earth Based Quasicrystal and Approximant2023

    • Author(s)
      Shinji Watanabe
    • Organizer
      International Workshop on Topology, spin-orbit interactions and superconductivity in strongly correlated quantum materials under extreme conditions (H-Physics)
    • Related Report
      2023 Research-status Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Magnetism, Topology and Dynamics in Icosahedral Quasicyrstal and Approximant2023

    • Author(s)
      Shinji Watanabe
    • Organizer
      International Conference on Complex Orders in Condensed Matter: Aperiodic Order, Local Order, Electronic Order, Hidden order
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] Quantum Critical Phenomena of Valence Transition ---Heavy Fermion Metals and Related Systems2023

    • Author(s)
      Shinji Watanabe, Kazumasa Miyake
    • Total Pages
      211
    • Publisher
      Springer Singapore
    • ISBN
      9789819935178
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] 固体物理 誌上セミナー 量子臨界現象の新展開 (その4) 臨界価数ゆらぎによる超伝導発現機構2023

    • Author(s)
      三宅和正、渡辺真仁
    • Total Pages
      12
    • Publisher
      アグネ技術センター
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Book] 固体物理 準結晶および近似結晶における結晶場 -点電荷モデルによる定式化-2023

    • Author(s)
      渡辺真仁
    • Total Pages
      8
    • Publisher
      アグネ技術センター
    • ISBN
      9784621307236
    • Related Report
      2023 Research-status Report
  • [Remarks] 固体物性理論研究室

    • URL

      https://www.mns.kyutech.ac.jp/~swata/

    • Related Report
      2023 Research-status Report

URL: 

Published: 2023-07-04   Modified: 2024-12-25  

Information User Guide FAQ News Terms of Use Attribution of KAKENHI

Powered by NII kakenhi