Study of emergent nonequilibrium phases in current-induced magnetic skyrmions

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H01866
• 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: Institute for Molecular Science (2021-2022); Institute of Physical and Chemical Research (2020)
• Principal Investigator: Sato Takuro 分子科学研究所, 協奏分子システム研究センター, 助教 (60803749)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 磁気スキルミオン / ノイズ測定 / 非平衡相転移 / モードロック共鳴 / 電流誘起相変換

Outline of Final Research Achievements

This study has focused on the current-induced magnetic skyrmions, one of the well-defined nonequilibrium phases, to explore the new phases of matter formed in strongly-correlated skyrmion system. The main achievements are as follows: (1)the observation of mode-lock resonance in current-induced moving crystal phase in skyrmions, (2)the observation of current-induced non-thermal phase change from skyrmion to non-skyrmion phase. Both of them can be achieved only by investigating the nonequilibrium properties of skyrmions, strongly supporting my idea that the nonequilibrium state of skyrmions potentially provides emergent properties and functionalities.

Free Research Field

固体物性物理

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究課題で得られた成果は、平衡相においては観測しえない、電流駆動された非平衡相固有の現象である。この新奇物性探索の観点は、決してスキルミオン相に限定されるわけではなく、駆動された粒子系や、非平衡電子系一般に適用可能だと考えられるため、その波及効果は大きい。また近年、電流を制御パラメータにした相制御が盛んに議論されているが、現状の実験結果においては、ジュール熱や試料の不均一性といった外因的影響が無視できず、理論との対応付けが困難であった。本研究の成果(2)は、真に量子スピン系固有の応答によるものであるため、電流誘起相変換一般のモデル現象として機能することが期待される。