2019 Fiscal Year Annual Research Report
磁気構造のトポロジー・対称性に由来した新しいマグノン・熱輸送現象の開拓
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18H03685
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
関 真一郎 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 准教授 (70598599)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | スピントロニクス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、特に系のトポロジー・対称性がマグノンの伝搬特性に与える影響に注目し、トポロジカルな磁気秩序の下での発現が予言されている(1)マグノンの 非相反伝搬(ダイオード効果)、(2)マグノンのホール効果、の2つの現象を観測することを目的としている。特に、代表的なトポロジカル磁気相であるスキルミオン相におけるマグノンの伝搬特性の解明に取り組んでおり、前年度に発見したスキルミオンストリングにおけるマグノンの非相反伝搬特性の実験的観測について報告した論文を、Nature Communications誌から出版した。また、こうした現象の舞台となる空間反転対称性の破れた磁性体中では、マグノンだけでなく、フォノンの伝搬特性も同様に非相反性を示すこと（フォノン磁気カイラル効果）を初めて実証することに成功した。これは、非対称な分散関係を持つマグノンがフォノンと混成を生じることに起因しており、特にこの混成点に励起周波数を合わせることで、100%の効率でフォノン・マグノンの非相反伝搬を実現できる可能性が強く示唆される。マグノン・フォノンは絶縁体中における熱流の主要な担い手となっており、この発見は新たな機構に基づく熱ダイオードの開発に応用できる可能性が期待される。また、スキルミオン相で発現が期待されるトポロジカルマグノンホール効果を観測するために、伝搬スピン波分光法を用いた電気的計測系、および時空間分解磁気光学イメージング法を用いた光学的計測系の２種類の測定環境を構築した。
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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
前項でも述べたとおり、本研究では系のトポロジー・対称性がマグノンの伝搬特性に与える影響に注目し、トポロジカルな磁気秩序の下での発現が予言されている(1)マグノンの 非相反伝搬(ダイオード効果)、(2)マグノンのホール効果、の2つの現象を取り上げ、その実験的な観測と、現象の巨大化に向けた一般的な指針の確立を目指して いる。(1)については極めて順調に推移しており、実際にスキルミオンストリング上におけるマグノンの非相反伝搬現象の観測に成功したうえ、さらにフォノンの非相反伝搬（フォノン磁気カイラル効果）の観測にも初めて成功した。また、マグノンとフォノンといった複数の素励起の混成を利用することで、非相反性を劇的に大きく出来ることを理論的に明らかにし、現象の巨大化に向けた新たな指針を確立するなど、計画以上の進展が見られている。一方、マグノンホール効果の観測については、マグノン伝搬を直接観測するための複数のイメージング手法を比較検討した結果、当初予定していたサーマルイメージング法よりも、フェムト秒パルスレーザを利用したポンプ・プローブ方式による時空間分解磁気光学イメージング法を用いた方が圧倒的に感度が高いという結論に達したため、後者の手法に基づく光学系を新たに構築した。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度にあたる次年度も、引き続き特殊な対称性・トポロジーの下におけるマグノンの伝搬特性の系統的な評価と、現象の舞台となる新物質の開拓に取り組む。特にマグノンホール効果については、伝搬スピン波分光法を用いた電気的計測系、および新たに構築した時空間分解磁気光学イメージング法を用いた光学的計測系を用いることで、現象の観測を目指す。
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Research Products
(12 results)
