Development of room-temperature magnetic materials with topological spin textures

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20K15164
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 29010:Applied physical properties-related
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: Kosuke Karube 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)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: スキルミオン / アンチスキルミオン / カイラル磁性体 / フラストレート磁性体 / S4対称性 / 新物質開拓

Outline of Final Research Achievements

In this study, we have investigated physical properties of room-temperature topological magnets and explored new materials. First, we found that the metastable skyrmion lattices of Co-Zn-Mn alloys are governed by magnetic anisotropy and magnetic disorder due to the frustrated Mn spins. Second, we discovered a new antiskyrmion-host magnet (Fe,Ni,Pd)3P with S4 symmetry, and revealed that the delicate balance between easy-axis magnetic anisotropy energy and demagnetization energy is essential for the stability of antiskyrmions. Furthermore, we found novel sawtooth and fractal magnetic domain structures near the surface of bulk single crystals of (Fe,Ni,Pd)3P.

Free Research Field

トポロジカル磁性

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

本研究のCo-Zn-Mn合金の系統的な研究により、Mnのフラストレート磁性がスキルミオンを担うCoスピンに及ぼす磁気的な乱れがスキルミオンの準安定性や格子変形に重要であることが明らかとなり、Co-Zn-Mn系の複雑なスキルミオン状態の全貌が明かされた。また、本研究におけるS4対称性の室温アンチスキルミオン物質(Fe,Ni,Pd)3Pの発見は、これまでのD2d対称性のホイスラー合金のみにとどまっていたアンチスキルミオン研究のブレイクスルーとなり、アンチスキルミオンの複雑な安定化機構の解明にも繋がった。以上の成果は、室温（アンチ）スキルミオンを用いた磁気デバイスの実現に大きく貢献すると期待される。