Development of topological and physical properties of electrons in quasicrystal and approximant
| Project/Area Number |
23K22441
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| Project/Area Number (Other) |
22H01170 (2022-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2022-2023) |
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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 | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡辺 真仁 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40334346)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥14,560,000 (Direct Cost: ¥11,200,000、Indirect Cost: ¥3,360,000)
Fiscal Year 2025: ¥1,690,000 (Direct Cost: ¥1,300,000、Indirect Cost: ¥390,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥10,140,000 (Direct Cost: ¥7,800,000、Indirect Cost: ¥2,340,000)
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| Keywords | 準結晶 / 近似結晶 / 結晶場 / トポロジカルチャージ / 磁気異方性 / 磁気秩序 / 希土類 / ヘッジホッグ / トポロジカル数 / ２０面体 / 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 / ダイナミクス |
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| Outline of Research at the Start |
希土類系準結晶と近似結晶の結晶場を理論的に解明し、結晶場基底状態の磁気異方性を明らかにする。磁気異方性の効果を取り入れた有効磁気模型を構築し、20面体の磁気構造およびトポロジカル数を明らかにする。さらに近似結晶、準結晶の磁気構造を解明し、トポロジカルな性質を明らかにする。
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| Outline of Annual Research Achievements |
周期性をもたない結晶構造をもつ準結晶では、周期結晶では許されない５回回転対称性などの特有の回転対称性をもつ。準結晶でどのような電子状態が実現し、物性を発現するかは不明な点も多く、その解明は物質科学研究のフロンティアである。特に準結晶において磁気長距離秩序が実現するか否かはこれまで未解明の重要な問題であった。最近、希土類系準結晶Au65Ga20R15 (R=Tb, Gd)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。
これまで研究代表者により、希土類系準結晶の希土類原子サイトの結晶場による磁気異方性の効果を取り入れた有効磁気模型に基づいて、希土類系準結晶および近似結晶の磁気構造の理論解析が行われた。その結果、希土類原子がその頂点に位置する２０面体上で、ヘッジホッグ状態やフェリ磁性状態、渦巻き状態などの様々な非共線・非共面磁気構造が基底状態として実現することが示された。興味深いことに、ヘッジホッグ状態はトポロジカル数+1の有限のトポロジカル不変量で特徴づけられることがわかった。さらに有効磁気模型を２０面体準結晶に適用し、一様なヘッジホッグ秩序相を見出した。
本研究では、この準結晶におけるトポロジカル磁気構造である、ヘッジホッグ秩序相におけるダイナミクスを明らかにするため、動的磁気構造因子を計算する理論的枠組みの開発に取り組んだ。この方法を用いて、ヘッジホッグ秩序相における動的励起の性質を理論的に明らかにした。興味深い結果として、ヘッジホッグ相特有のユニークな動的励起構造、および非相反磁気励起が波数-エネルギー平面の広大な領域に出現することを見出した。
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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
結晶場基底状態の磁気異方性の効果をとりいれた有効磁気模型を構築し、Cd5.7Yb型の準結晶に適用して、ヘッジホッグ秩序相が安定な基底状態として実現することを確認した。さらに、準結晶の静的および動的磁気構造因子を理論的に計算する枠組みを開発した。この方法を準結晶の有限のトポロジカル数で特徴づけられるヘッジホッグ秩序相に適用し、静的および動的磁気構造因子を解析し、その性質を理論的に明らかにした。全体的に順調に研究が進捗している。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、動的磁気構造因子および静的磁気構造因子を計算する理論的枠組みの開発に取り組む。この枠組みを準結晶ならびに近似結晶にも適用して、周期系と準周期系における磁気構造の違い、および共通する性質を理論的に明らかにする。
また、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。
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Report
(1 results)
Research Products
(16 results)
