2020 Fiscal Year Research-status Report
Study on nonreciprocity and topological protection of magnetic quasiparticles using multi-analyzer cold neutron spectroscopy
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19KK0069
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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) |
浅井 晋一郎 東京大学, 物性研究所, 助教 (00748410)
奥山 大輔 東北大学, 多元物質科学研究所, 助教 (30525390)
益田 隆嗣 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90313014)
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| Project Period (FY) |
2019-10-07 – 2023-03-31
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| Keywords | multianalyzer / cold neutron scattering / inelastic scattering / magnetic quasiparticle / spion / magnon / triplon |
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| Outline of Annual Research Achievements |
磁性体中の協力的なスピン揺動はマグノンやトリプロン等の素励起（磁気準粒子）を形成するが、これらはスピン量子を運搬するためスピントロニクスデバイスの観点から大きな注目を集めている。これら磁気準粒子の保護と運動制御の学理を確立するには、磁気準粒子の運動を高精度に測定する必要がある。そこで本研究では米国研究グループと共同で新世代マルチアナライザー冷中性子分光法を開発することにより、磁気準粒子運動の高精度測定を実現することを最終目標としている。
本研究では現在までに米国側研究者と共同で種々の高効率中性子集光法の検討を行った。特に期待が大きい CAMEA型集光法とIRIS型集光法に関して集中的な定量的検討を行った。2020年度中の種々の数値シミュレーションを経て、IRIS型集光法の優位性が定量的に確認されたため、研究グループの総意としてIRIS型非弾性散乱分光器の実証機制作を進めることが決定された。なお、新型コロナ感染症拡大のため海外渡航がほぼ不可能という状況からこれらの議論は基本的には電子メールベースで行われた。2020年度後半においては、日本側で実証機の工学的設計が進められ、2020年度終了までに分光器遮蔽体・計測系・駆動系等のおおよその部分の概念設計が終了した。
一方、磁気準粒子研究に関しては、主に新物質開発および非弾性散乱スペクトル数値シミュレーションの観点から研究が進展している一方で、新型コロナの影響による海外渡航の制限から米国共同研究者との現地での共同実験が不可能な状況が続いている。そこで、2021年度後半の新型コロナ収束を想定し、電子メールベースでの実験詳細の打ち合わせを続けるとともに、実験に必要な試料育成や試料環境準備等を進めた。
このように、研究は基本的には進展を見せているものの、国際共同研究としては新型コロナ感染症の影響は否定できず、多少の遅れが見られることは否めない。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
研究実績に記したように、2020年初頭からの新型コロナ感染症拡大により、他の多くの国際共同研究と同様、実際に現地に赴き議論や実験を行うことが極めて難しい状況が続いている。その中で、2020年度は主に電子メールベース（およびweb会議）で議論を続けることで、 IRIS 型分光法の採用決定、更にその基本的な設計思想の決定を行うことが出来たことは一定の進展と判断している。中でも、IRIS型分光法採用決定に必須であったIRIS分光器数値シミュレーションに関しては、益田グループの博士課程学生を中心に米国側研究者と協力して精力的に実施し、その結果を学会発表することができた。また、磁気準粒子研究に関しても、新型コロナ感染症の収束には時間がかかることが想定されるため、2020年度は研究の中心を国内での新物質開発や数値シミュレーションに移したが、この方向にも一定の成果が得られている。
しかしながら、国際共同研究としては総合してやや遅れていると判断する。
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| Strategy for Future Research Activity |
新型コロナ感染症の収束までにはまだしばらく時間が必要と想定されるため、今後も電子メール・web会議を最大限有効活用し米国側研究グループとの議論を行う。分光器設計に関しては懸案事項であった集光法に関して IRIS 型集光法への決定がなされたため、今後しばらくは国内グループでの工学詳細設計に集中することができる。従ってこの方向の研究遅延に関しては多少は緩和されるものと期待している。
当初研究計画では2020年度および2021年度において実証機の米国での検証を予定していたが、海外渡航および現地研究所の外国人受け入れ等の状況を見ながら柔軟に対応せざるを得ないと考えている。
磁気準粒子研究に関しては海外渡航が可能になった時点で（種々の事前打ち合わせが必要になる分光器検証に比べ）比較的早期に再開できると考えている。従って、2021年度前半に十分な試料および試料環境準備を進め、海外渡航が可能になり次第研究代表者を含め日本側研究者が米国研究所に滞在することで実験研究を円滑に進める予定である。
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| Causes of Carryover |
2020年初めから続く新型コロナ感染症拡大のため、予定していた海外渡航および研究会はすべて中止とせざるを得ない状況が続いている。そこで、これらに計上していた費用をすべて2021年へ計上している。また、海外渡航の中止により分光器設計に必須であった集光法の直接の議論ができず決定が遅れた。このことに起因して分光器製作用に計上したいくつかの装置の購入が出来なかったため、これらに関しても2021年使用額として計上している。なお、前者の海外渡航等に関しては新型コロナ収束後すみやかに（できれば2021年度後期に）実施する予定である。また、後者の分光器用装置群に関しては、現在工学的詳細設計が進んでおり、設計終了後（2021年度前半から）購入・製作を進める。
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