2020 Fiscal Year Research-status Report
トポロジカルな磁気構造を持つ室温磁性体の物性解明と新物質探索
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20K15164
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| Research Institution | Institute of Physical and Chemical Research |
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Principal Investigator |
軽部 皓介 国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, 研究員 (00755431)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | スキルミオン / アンチスキルミオン / 新物質探索 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
①Co-Zn-Mn合金における準安定スキルミオン状態の全体像の解明
β-Mn型カイラル構造を有する室温スキルミオン物質Co-Zn-Mn合金について、Mnを含まないCo10Zn10の単結晶試料に対し、磁化率測定、小角中性子散乱測定を行い、らせん磁気伝播ベクトル（qベクトル）が低温で結晶軸の<111>方向に固定されること、それに伴い、410Kの磁場中で生成するスキルミオン格子が低温で菱形格子に変形することを明らかにした。一方、これまでのMnを含む組成Co9Zn9Mn2、Co8Zn8Mn4、Co7Zn7Mn6では、qベクトルが結晶軸の<100>方向に向きやすく、Mnスピンの反強磁性相関により磁気的な乱れが増大することで、qが低温で著しく増大し、準安定スキルミオン格子が四角格子に変形することが分かった。これらのCo-Zn-Mn合金の系統的な研究成果は、Physical Review Bに掲載された。
②S4対称性を持つ新規室温アンチスキルミオン物質の発見
アンチスキルミオンはD2d対称性を持つホイスラー合金でのみ報告されている。今回、S4対称性を持つシュライバーサイト(Fe, Ni)3P にPdをドープしたFe1.9Ni0.9Pd0.2Pの単結晶試料を作製し、磁気状態を調べたところ、400K以下で弱い一軸異方性を持つ強磁性を示すことが分かった。所属機関内の共同研究者にローレンツ透過型電子顕微鏡観察をお願いしたところ、室温を含む広い温度範囲でアンチスキルミオンが観察された。また、磁気力顕微鏡観察により、S4対称性で特徴づけられるノコギリ型の磁気ドメイン構造が観察された。これらの磁気構造は、Dzyaloshinskii-Moriya相互作用と磁気双極子相互作用によって形成されることが分かった。これらの研究成果は、Nature Materialsに掲載された。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
①【研究計画１：Co-Zn-Mn合金の全体像の探求】について、今回、Co10Zn10のスキルミオン状態を明らかにした。これまでのMnを含む組成と比較することで、スキルミオン格子状態は磁気異方性とMnによる磁気的な乱れに強く依存することが分かり、Co-Zn-Mn合金の全体像を理解することができた。したがって、研究目的を達成できた。
②【研究計画３：新規室温スキルミオン物質の開拓】について、今回、S4対称性を持つ新規磁性体Fe1.9Ni0.9Pd0.2Pを作製し、室温を含む広い温度範囲でアンチスキルミオンが生成することを発見した。したがって、研究目的を達成できた。また、磁場や試料の厚さで、スキルミオンとアンチスキルミオンが相互変換することや、厚い試料の表面でノコギリ型の新奇な磁気ドメイン構造が形成されることなど、当初の計画以上の発見があった。
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| Strategy for Future Research Activity |
①【研究計画２：Co-Zn-Mn合金における創発輸送現象の探求】の目標達成のため、Co-Zn-Mn合金および関連物質に着目し、ホール効果など電気輸送測定を進める。
②今回発見したS4対称性の室温アンチスキルミオン物質Fe1.9Ni0.9Pd0.2Pについて、NiとPdの組成により磁気状態がどのように変化しているのかを詳しく調べる。また、RuやRhなどPd以外の4d遷移金属のドープによる磁気状態の変化を調べる。
③【研究計画３：新規室温スキルミオン物質の開拓】のもう一つの目標である小さいサイズのスキルミオンを室温で示す新物質開拓の達成のため、磁気フラストレーションが働く系に着目し、物質合成、物性測定を行う。
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| Causes of Carryover |
当該年度は、測定機器およびパーツを安く購入することができたため、次年度使用額が生じた。次年度は、請求した助成金と合わせて、デジタルロックインアンプなど高額な物品を購入する予定である。
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