2020 Fiscal Year Annual Research Report
Nonreciprocal magnons in noncentrosymmetric magnets
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19H01834
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
佐藤 卓 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70354214)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
那波 和宏 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (10723215)
木村 尚次郎 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (20379316)
速水 賢 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 講師 (20776546)
奥山 大輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30525390)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | magnon / nonreciprocal / noncentrosymmetry / neutron scattering / electromagnetic effect |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性体の秩序状態からの素励起であるマグノンはスピン流の担い手として近年大きな注目を集めている。本研究は反転対称性が破れた磁性体に予想されるマグノンの非相反伝播（順方向伝播と逆方向伝播の不等価性）の確認、並びにその外場制御の可能性の探索を最終目標にしている。研究計画はi)非相反マグノン物質群の微視的機構解明、ii)新非相反マグノン物質の探索と発見、iii)マグノン分散に対する電場等の外場効果の確認からなっている。2020年度は2019年度から継続して i), ii), iii)のそれぞれについて以下の研究を行った。
i) a-Cu2V2O7 は反転対称が破れた反強磁性であり、我々のこれまでの研究で反強磁性マグノン分散の分裂が初めて確認された物質である。2020年度においては a-Cu2V2O7 の大型単結晶を用いた反転ドメイン不在確認実験結果を論文として公表した(協力者Piyawongwatthana および分担者奥山と共同、JPSJ 2021)。さらに結晶の3軸方向全てに対して低温磁場下での誘電特性測定を行った（協力者Piyawongwatthana および分担者木村と共同）。
ii) 初年度、データベース検索からマグノン非相反候補物質として見出されたCu-Mo-Se酸化物に関して、大型単結晶育成法を確立した。
（協力者Piyawongwatthana および分担者那波と共同）。
iii) 外場下のマグノン非相反制御の可能性探索としては、反対称相互作用以外の効果に起因するマグノン非相反出現の可能性の理論的検討を行った（分担者速水）。また、初年度に育成に成功した大型単結晶を整形し電場下中性子非弾性散乱実験を行った（協力者Piyawongwatthana および矢野と共同）。
これらの研究により非相反マグノンを生じさせる機構に関する理解が大きく進んだ。
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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
i) に関してはa-Cu2V2O7の巨大単結晶育成法の確立や反転ドメイン問題の解決に加え、電場下での種々の物性測定が可能になったことにより、本物質の理解が大きく進んでいる。また既知のマグノン非相反物質としてLiFe5O8 の中性子散乱も協力者柴田および分担者那波と共同で行うなど順調に進展しているといえる。
ii)に関しては複数の候補物質の発見から実際の物質合成、バルク測定および中性子回折と、一連の研究がスムースに行われており、特に Cu-Mo-Se 酸化物に関しては化学気相輸送法による単結晶成長法を確立することが出来た。これにより中性子非弾性散乱が可能になったため進捗は十分と言える。
iii)に関しても、磁場下非相反マグノンの理論的示唆や電場下磁気測定等新しい知見が得られており、研究計画後半で行う予定であった電場下マグノン実験をすでに終了するなど、順調に進んでいると言える。
総じて、ほぼ予想通りの進捗が見られている。
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究で設定した3課題に関して、2020年度の研究の進捗を踏まえ、今後の研究としては以下の研究方策を考えている。
i) 既知の非相反マグノン物質として測定された LiFe5O8 はなかなかに理解が難しい中性子散乱データを与えた。このデータの解析を行い本物質の基礎的なパラメータを決定する。また、a-Cu2V2O7 に関しても電場下の物性測定および磁場中の中性子非弾性散乱を更に進めることでこの物質の非相反マグノン機構を解明する。
ii) Cu-Mo-Se 酸化物に関して単結晶非弾性散乱および電場下バルク物性測定を行うことによりこの物質におけるマグノンの詳細を解明する。加えて、すでに得られている磁気構造および無電場バルク物性データに関して論文報告する。また、候補物質は他にも多く存在するため、それらに関する物質合成と磁気構造を継続して行う。
iii) a-Cu2V2O7 の電場下マグノン測定に関しては、測定結果の解析を更に進め、その結果を見て論文作成へと進める。
中性子散乱に関しては海外施設での実験がかなり重要であるが、現時点で最も大きな問題は新型コロナ感染症の拡大による研究活動の停滞である。2020年当初に比較すると国内大学および施設での実験は比較的可能になってきている。そこで、これまでに得られたデータの解析や理論計算に加え、大学実験室並びに国内中性子施設での実験に重点を置くことで、できるだけ研究停滞を避ける所存である。
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[Journal Article] Magnetic properties of icosahedral quasicrystals and their cubic approximants in the Cd-Mg-RE (RE = Gd, Tb, Dy, Ho, Er, and Tm) systems2020
Author(s)
Farid Labib,Daisuke Okuyama,Nobuhisa Fujita,Tsunetomo Yamada,Satoshi Ohhashi,Taku J Sato,An-Pang Tsai
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Journal Title
Journal of Physics: Condensed Matter
Volume: 32
Pages: 415801-415801
DOI
Peer Reviewed
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