Giant electron-scattering phenomena in liquid crystal state of topological spin defects
Publicly Offered Research
Project Area | Physical Properties of Quantum Liquid Crystals |
Project/Area Number |
20H05155
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Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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Allocation Type | Single-year Grants |
Review Section |
Science and Engineering
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Research Institution | The University of Tokyo |
Principal Investigator |
金澤 直也 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (10734593)
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Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2022-03-31
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Project Status |
Completed (Fiscal Year 2021)
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Budget Amount *help |
¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,990,000 (Direct Cost: ¥2,300,000、Indirect Cost: ¥690,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,860,000 (Direct Cost: ¥2,200,000、Indirect Cost: ¥660,000)
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Keywords | スキルミオン / スピンカイラリティ / スキュー散乱 / 非相反伝導 / ベリー位相 |
Outline of Research at the Start |
スピンが渦状に配列したスキルミオンというトポロジカルな磁気構造は、固体中ではその渦が竜巻のように伸びた糸状の構造体(スキルミオンストリング)として存在する。これまで、このスキルミオンストリングは多数集まり周期的な集合体、すなわち結晶状態を形成することが知られてきたが、温度や磁場といった外部因子を変化させることによって融解し、液晶状態を実現できる。本研究では、薄膜作製技術を駆使することによってこのスキルミオンストリング液晶状態を制御し、そのゆらぎに由来した電子散乱現象を観測・解明する。
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Outline of Annual Research Achievements |
糸状トポロジカルスピン構造であるスキルミオンストリングの配向秩序の変化によって生じる電子散乱現象を、磁場や歪みといった外場や微細化に伴う表面効果によって制御することが本研究の全体目的である。 本年度は主にスキルミオンストリングの液晶状態が発現する候補物質について単結晶合成や2次非線形伝導測定を行い、スピンカイラリティに起因した非相反散乱現象の開拓を目指して研究を進めた。 その結果、当初の研究目標を達成することができた。キラル磁性体MnGeについて4-5 GPaの超高圧下におけるフラックス法による合成を行い、世界で初めて単結晶合成に成功することができた。これにより、磁場、歪み、微細化などの外部制御因子を自在に変化させた時に、MnGeにおけるスキルミオンストリングの配向秩序がどのように応答するかを系統的に調べることができた。集束イオンビーム法を用いて試料をマイクロメーターサイズにまで微細化することで、高電流密度下におけるスキルミオンストリング励起状態とそれに由来した非線形伝導特性を観測できた。特にベクトルスピンカイラリティの揺らぎによる非相反スピン散乱効果が巨大な磁気カイラル効果をもたらし、磁場で制御可能なダイオード効果を生み出すことに成功した。これらの成果は論文として出版することができた[Phys. Rev. B 103, L220410 (2021)]。さらにこの結果を発展させ、らせん磁気構造における非線形伝導特性やトポロジカル磁気欠陥の非線形ダイナミクスの観測にも成功している。
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Research Progress Status |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Strategy for Future Research Activity |
令和3年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(25 results)
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[Patent(Industrial Property Rights)] 磁気素子2022
Inventor(s)
金澤直也,大塚悠介,堀智洋,平山元昭,十倉好紀,塚﨑敦,藤原宏平
Industrial Property Rights Holder
国立大学法人東京大学, 国立大学法人東北大学
Industrial Property Rights Type
特許
Industrial Property Number
2022-030135
Filing Date
2022
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