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2023 Fiscal Year Annual Research Report

Real space observations of topological spin textures and their dynamics by electron microscopy

Research Project

Project/Area Number 19H00660
Research InstitutionInstitute of Physical and Chemical Research

Principal Investigator

于 秀珍  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, チームリーダー (30538244)

Project Period (FY) 2019-04-01 – 2024-03-31
Keywords3次元磁化構造顕微法 / バイメロン / ホップフィン / スキルミオンストリング / 反スキルミオン / 磁気モノポール
Outline of Annual Research Achievements

3次元磁気構造を観察するため、ローレンツ電子顕微鏡トモグラフィー技法と3次元ベクトル場再構築アルゴリズムを開発した。これらの手法を用いて、新たな3次元トポロジカル磁化構造、「バイメロン」(文献1)、「ホプフィオン」(文献2)などを実証した。また、トモグラフイック電子線ホログラフィーを用いた反スキルミオンの観察で、磁気モノポール―アンチモノポール対を、スキルミオン―反スキルミオン―スキルミオンのハイブリッド構造中に観察され、その動的振る舞いがシミュレーションで確認できた。よって、理論と実験で観察された2次元トポロジカル構造以外に、安定な3次元スピン構造の構造物性の知見を得った(文献3)。さらに、3次元磁化イメージングの空間・時間分解能を改善するため、新たに3次元電子位相顕微法(3D-DPC)の開発に成功し、従来の3次元イメージングの空間分解と時間分解を大幅に向上させ、空間分解は4 nm以下、時間分解は10 min以下まで達成させた。これにより、スキルミオン紐中に現れた磁気モノポール―アンチモノポールの熱揺らぎによる動的振る舞いを明らかにした(DOI:10.1038/S43246-024-00512-5)。
反スキルミオンがもたらす電子輸送特性を究明するために、熱流駆動アンチスキルミオンのダイナミクスを考察した。その場ローレンツ電子顕微法を用いて、スキルミオンと反スキルミオン生成可能な (Fe0.63Ni0.3Pd0.07)3P 磁性体における、磁気構造の熱流駆動ダイナミクスを直接観察し、スキルミオンと反スキルミオンの相互転換を実現した。この研究成果により、さまざまなプロセスで生成される「熱」を活用してスピンテクスチャーの制御が可能となり、スピントロニクスの応用研究に役立つことが期待される(文献4)

Research Progress Status

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

令和5年度が最終年度であるため、記入しない。

  • Research Products

    (12 results)

All 2024 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (5 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 5 results) Presentation (5 results) (of which Int'l Joint Research: 5 results,  Invited: 4 results) Patent(Industrial Property Rights) (1 results)

  • [Int'l Joint Research] Karlsruhe Institute of Technology(ドイツ)

    • Country Name
      GERMANY
    • Counterpart Institution
      Karlsruhe Institute of Technology
  • [Journal Article] Bloch Point Quadrupole Constituting Hybrid Topological Strings Revealed with Electron Holographic Vector Field Tomography2024

    • Author(s)
      Yasin Fehmi Sami、Masell Jan、Takahashi Yoshio、Akashi Tetsuya、Baba Norio、Karube Kosuke、Shindo Daisuke、Arima Takahisa、Taguchi Yasujiro、Tokura Yoshinori、Tanigaki Toshiaki、Yu Xiuzhen
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 36 Pages: 2311737

    • DOI

      10.1002/adma.202311737

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] Topological stability of spin textures in Si/Co-doped helimagnet FeGe2024

    • Author(s)
      Guang Yao、Fujishiro Yukako、Tanaka Aito、Peng Licong、Kaneko Yoshio、Kanazawa Naoya、Tokura Yoshinori、Yu Xiuzhen
    • Journal Title

      Journal of Physics: Materials

      Volume: 7 Pages: 025009~025009

    • DOI

      10.1088/2515-7639/ad2ec4

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Spontaneous Vortex‐Antivortex Pairs and Their Topological Transitions in a Chiral‐Lattice Magnet2023

    • Author(s)
      Yu Xiuzhen、Kanazawa Naoya、Zhang Xichao、Takahashi Yoshio、Iakoubovskii Konstantin V.、Nakajima Kiyomi、Tanigaki Toshiaki、Mochizuki Masahito、Tokura Yoshinori
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 36 Pages: 2306441

    • DOI

      10.1002/adma.202306441

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Realization and Current‐Driven Dynamics of Fractional Hopfions and Their Ensembles in a Helimagnet FeGe2023

    • Author(s)
      Yu Xiuzhen、Liu Yizhou、Iakoubovskii Konstantin V.、Nakajima Kiyomi、Kanazawa Naoya、Nagaosa Naoto、Tokura Yoshinori
    • Journal Title

      Advanced Materials

      Volume: 35 Pages: 2210646

    • DOI

      10.1002/adma.202210646

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Heat current-driven topological spin texture transformations and helical q-vector switching2023

    • Author(s)
      Yasin Fehmi Sami、Masell Jan、Karube Kosuke、Shindo Daisuke、Taguchi Yasujiro、Tokura Yoshinori、Yu Xiuzhen
    • Journal Title

      Nature Communications

      Volume: 14 Pages: 7094

    • DOI

      10.1038/s41467-023-42846-7

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Presentation] Real-space observations of three-dimensional spin textures2024

    • Author(s)
      Xiuzhen Yu
    • Organizer
      CEMS symposium on emergent quantum materials 2024
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Real-Space Observation of Spontaneous Vortex-Antivortex Pairs and Their Topological Transitions Through Transmission Electron Microscopy2023

    • Author(s)
      Xiuzhen Yu
    • Organizer
      2023 MRS Fall Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Vortices, antivortices and their current-driven dynamics2023

    • Author(s)
      Xiuzhen Yu
    • Organizer
      APW2023
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] 3D topological solitons and their dynamics2023

    • Author(s)
      Xiuzhen Yu
    • Organizer
      2023 MRS Spring Meeting & Exhibit
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] Three-dimensional vector field electron tomography of hybrid antiskyrmions and their Bloch points2023

    • Author(s)
      Fehmi Yasin, Xiuzhen Yu, et al.
    • Organizer
      The 20th International Microscopy Congress
    • Int'l Joint Research
  • [Patent(Industrial Property Rights)] データ処理装置、透過型電子顕微鏡装置、およびプログラム2024

    • Inventor(s)
      于 秀珍、十倉 好紀、田口 康二郎、チュ イリン
    • Industrial Property Rights Holder
      于 秀珍、十倉 好紀、田口 康二郎、チュ イリン
    • Industrial Property Rights Type
      特許
    • Industrial Property Number
      特願2024-063194

URL: 

Published: 2024-12-25  

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