2021 Fiscal Year Final Research Report

Neutron spin echo and small angle neutron scattering studies on dynamical properties of topological spin orders

Research Project

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Project/Area Number	19H01856
Research Category	Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
Allocation Type	Single-year Grants
Section	一般
Review Section	Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
Research Institution	The University of Tokyo
Principal Investigator	Nakajima Taro 東京大学, 物性研究所, 准教授 (30579785)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	遠藤仁大学共同利用機関法人高エネルギー加速器研究機構, 物質構造科学研究所, 准教授 (40447313) 大石一城一般財団法人総合科学研究機構(総合科学研究センター(総合科学研究室)及び中性子科学センター(研究開発, 中性子科学センター, 副主任研究員 (60414611) 小田達郎東京大学, 物性研究所, 助教 (70782308)
Project Period (FY)	2019-04-01 – 2022-03-31
Keywords	磁性 / 中性子散乱 / 中性子スピンエコー分光 / 磁気スキルミオン
Outline of Final Research Achievements	In this project, we aimed at investigating topological magnetic orders using advanced neutron scattering techniques. We have developed neutron spin analyzer for TAIKAN instrument in the materials and life-science experimental facility (MLF) in J-PARC. We succeeded in separating spin-flip and non-spin-flip scattering process by using the analyzer and applied this technique to EuAl4 and EuAs, which have attracted increasing attention because of their quantum transport phenomena related to non-collinear/non-coplanar magnetic orders. We also introduced low-temperature and magnetic-field environment for the MIEZE-type neutron spin echo instrument VIN ROSE in MLF of J-PARC. We observed spin fluctuations in a magnetic skyrmion compound MnSi in the vicinity of the phase boundary of the paramagnetic and skyrmion-lattice phase.
Free Research Field	磁性、中性子散乱
Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements	これまでの磁気スキルミオン研究は、定常状態におけるスキルミオンの配列を観測するというものが多く、特に中性子散乱では磁気的なオブジェクトの周期のみを観測することが多かった。本研究では偏極中性子散乱や中性子共鳴スピンエコー法といった先端的な中性子散乱手法を用いることで、磁気スキルミオンのような複雑な磁気構造におけるスピンのxyz成分の詳細な変化やそのダイナミクスなどを測定することを可能にした。この研究は他の磁性研究にも広く応用可能であり、スピン由来の新たな創発物性の開拓にも寄与するものである。