2015 Fiscal Year Annual Research Report
非断熱ダイナミクスにより創発されるトポロジカル量子現象
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15J01700
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
高嶋 梨菜 京都大学, 理学研究科, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2015-04-24 – 2018-03-31
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| Keywords | スキルミオン / カイラル磁性体 / マグノン束縛状態 / トポロジカル超伝導体 / スピン軌道相互作用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本課題では、バンドやスピンテクスチャがトポロジカル構造をもつときに、動的な外場や揺らぎによって誘起される量子現象を理解することを目的としている。今年度は特に、トポロジカル磁気構造のスキルミオンに着目し、量子揺らぎにより生じる相や超伝導の近接効果により誘起される現象について研究を行った。
スキルミオンは、カイラル磁性体などで実験的に観察されている渦状の磁気構造である。従来の研究は、古典スピンの範囲内で議論されており、磁気スキルミオンの量子性については詳しく議論されてこなかった。一方で、近年の実験で数格子長程度のスキルミオンも観測されており、その量子効果の解明は重要であると考えられる。また、スキルミオンは磁気デバイスの候補としても注目されており、新しい制御法や電磁応答の理解は応用の観点からも必要である。
今年度は、以下の研究を行った。（i）カイラル磁性体中のスキルミオンの量子状態の理解：数格子長程度のサイズの小さなスキルミオンに着目し、スピンの格子の影響を考慮することで、スキルミオンが実空間上で局在していない「スキルミオン量子液体相」が出現しうることを見出した。（ii）フラストレートした量子スピン模型の基底状態の解析：古典スピン極限でスキルミオン格子を発現する、三角格子上の量子スピン模型に着目し、飽和磁化近傍での基底状態を調べた。励起スペクトルの計算と厳密対角化から、三個のマグノンが束縛された状態が最低励起状態となり、その束縛状態の凝縮により磁気多極子相が生じることを明らかにした。（iii）カイラル磁性体とｓ波超伝導体の接合系におけるスキルミオンの駆動法の提案：カイラル磁性体中でのスピン軌道相互作用に注目し、超伝導電流を用いたスキルミオンの制御法を明らかにした。
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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
上述のように、スキルミオンを安定化する系において、量子揺らぎにより新たに生じる、スキルミオン量子液体相や磁気多極子相を明らかにした。また、カイラル磁性体と超伝導体の接合系における、超伝導電流を用いたスキルミオンの駆動法を明らかにした。一方で、得られた量子相の励起構造や応答現象、接合で生じた超伝導状態の詳細など、未解決の問題が残されており、その解明を今後行う予定である。
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| Strategy for Future Research Activity |
磁性体と超伝導体の接合系において、磁性体中のスピン軌道相互作用や、スピンテクスチャなどに着目し、実現される新しい超伝導状態や、超伝導を用いたスピンダイナミクスの制御について研究を行う。また、カイラル磁性体と超伝導体との接合系における、超伝導準粒子のトポロジカル構造に着目し、その場合の応答現象を調べることも計画している。
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