Study on nonreciprocity and topological protection of magnetic quasiparticles using multi-analyzer cold neutron spectroscopy

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 19KK0069
• Research Category: Fund for the Promotion of Joint International Research (Fostering Joint International Research (B))
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Medium-sized Section 13:Condensed matter physics and related fields
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: SATO TAKU 東北大学, 多元物質科学研究所, 教授 (70354214)
• 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 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 (30525390) ; 益田 隆嗣 東京大学, 物性研究所, 准教授 (90313014)
• Project Period (FY): 2019-10-07 – 2024-03-31
• Keywords: 冷中性子分光 / マルチアナライザー / 磁性準粒子 / 非相反性 / トポロジカル保護

Outline of Final Research Achievements

Recently, magnetic quasiparticles, such as magnons, spinons, and triplons, attracts renewed interest owing to its potential for the spin current transport. It is, hence, long desired to establish high efficiency neutron inelastic scattering method to accelerate magnetic quasiparticle research. In this study, we have succeeded in demonstrating the principle of high-efficiency multi-analyzer spectroscopy in collaboration with researchers at Brookhaven National Laboratory and Oak Ridge National Laboratory in the U.S., We have also succeeded in clarifying the origin of asymmetric dispersion relations of the magnon and spinon excitations and in determining magnetic interactions in various new materials by actually measuring their magnetic excitations.

Free Research Field

磁性・中性子散乱

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究の最も大きな成果は高効率マルチアナライザー分光法の原理実証に成功したことである。中性子非弾性散乱は磁性体の磁気励起分散のみならず、種々の凝縮系物質の性質解明に非常に重要なツールであるが、これまで世界的に見ても実験が限られた施設でしか行えず、また、これに関連してビームタイムが慢性的に不足している状況が続いており、研究進展への大きな制約となってきた。本研究で提案するマルチアナライザー分光法はこのような状況を改善すると考えられるためその意義は大きい。また、本研究で明らかになった種々の磁気準粒子分散はスピン流運搬の観点からは重要な情報であり将来の応用に向けた基礎的な知見としての意義は大きい。