2021 Fiscal Year Research-status Report
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21K13876
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
高木 里奈 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50742417)
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| Project Period (FY) |
2021-04-01 – 2023-03-31
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| Keywords | 磁気スキルミオン / マグノン / スピン波分光 / ナノ周期構造 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、局在スピンの集団励起であるマグノンの特性を制御する方法として、粒子性を伴ったナノスケールの渦状スピン構造体「スキルミオン」が自発的に形成する「スキルミオン結晶」に着目した。スキルミオン結晶中では、その周期性を反映してマグノンバンドが折り畳まれ、複数のマグノンバンドがエネルギー的に縮退すると予測されている。縮退したマグノンバンド間では温度・磁場などの外場によって混成が起きる可能性があり、混成バンドを通じたマグノン伝搬特性の制御に繋がることが期待される。
初年度はマグノンバンド混成を引き起こす物質開拓を目指し、キラルな結晶構造を持つらせん磁性絶縁体Cu2OSeO3を対象物質として磁気共鳴測定を行った。この物質のバルク結晶では、スキルミオン結晶が安定に存在できるのは磁気秩序温度直下の狭い温度・磁場領域に限られるが、薄片試料では磁場下冷却によって準安定状態のスキルミオン結晶が広い温度・磁場範囲で存在できることが知られている。そこで、集束イオンビーム（FIB）法で作製した薄片試料を磁場下冷却し、準安定スキルミオン結晶状態における磁気共鳴モードの温度・磁場依存性を測定した。その結果、低温の磁気共鳴スペクトルにおいて、スキルミオンのCCWモード（反時計回りの回転運動）とブリージングモード（伸縮運動）にギャップを観測し、ギャップ近傍で異なるモードと反交差しているような振舞いを見出した。この起源を明らかにするため、スキルミオン結晶状態の磁気共鳴スペクトルの理論計算を行った。結晶磁気異方性の効果を大きくしていくと、磁気共鳴に不活性なスキルミオンの六極子モードと八極子モードがそれぞれCCWモードとブリージングモードに混成していくことを発見し、観測した磁気共鳴スペクトルを良く再現できたことから、低温に向けて増大する結晶磁気異方性がモード混成の主要な起源となっていることが明らかとなった。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
研究の舞台としてCu2OSeO3の準安定スキルミオン結晶状態に着目し、磁気共鳴スペクトルの温度・磁場依存性を詳細に調べることで、マグノンモード混成を観測することに成功し、モード混成に対する結晶磁気異方性の効果を議論することができた。さらに、この結果を通じて六極子モード・八極子モードという磁気共鳴に不活性なスキルミオンの振動モードの存在を実証することができた。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでの実験で、FIB法で作製した薄片試料とリソグラフィーによるマイクロ波アンテナを利用することで、これまで観測されていなかった僅かなモード混成も検出可能なことがわかった。今後は測定対象を、スキルミオン結晶を示す室温磁性体など他の物質系にも広げてマグノン特性を定量的に調べていく。また外場によるスキルミオン結晶構造の制御を通じたマグノン特性の制御や混成マグノンに由来した現象の観測も試みたい。
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| Causes of Carryover |
参加を予定していた研究会がオンライン方式になったため、旅費として計上していた予算から次年度使用額が生じた。次年度の測定対象物質の合成材料を購入することを計画している。
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[Journal Article] Zoology of Multiple‐Q Spin Textures in a Centrosymmetric Tetragonal Magnet with Itinerant Electrons2022
Author(s)
Nguyen Duy Khanh, Taro Nakajima, Satoru Hayami, Shang Gao, Yuichi Yamasaki, Hajime Sagayama , Hironori Nakao , Rina Takagi , Yukitoshi Motome , Yoshinori Tokura , Taka-hisa Arima, Shinichiro Seki
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Journal Title
Advanced Science
Volume: 9
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access
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[Journal Article] Square and rhombic lattices of magnetic skyrmions in a centrosymmetric binary compound2022
Author(s)
Rina Takagi, Naofumi Matsuyama, Victor Ukleev, Le Yu, Jonathan S. White, Sonia Francoual, Jose R. L. Mardegan, Satoru Hayami, Hiraku Saito, Koji Kaneko, Kazuki Ohishi, Yoshichika Onuki, Taka-hisa Arima, Yoshinori Tokura, Taro Nakajima, Shinichiro Seki
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Journal Title
Nature Communications
Volume: 13
Pages: -
DOI
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Presentation] Multiple-Q spin textures in tetragonal itinerant magnet GdRu2Si22021
Author(s)
N. D. Khanh, T. Nakajima, S. Hayami, S. Gao, Y. Yamasaki, H. Sagayama, H. Nakao, R. Takagi, Y. Motome, Y. Tokura, T. Arima, S. Seki
Organizer
日本物理学会2021年秋季大会
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