Magnon propagation control by using magnetic skyrmion crystal

2022 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K13876
• Research Category: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Review Section: Basic Section 13030:Magnetism, superconductivity and strongly correlated systems-related
• Research Institution: The University of Tokyo
• Principal Investigator: Takagi Rina 東京大学, 大学院工学系研究科(工学部), 助教 (50742417)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2023-03-31
• 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

Outline of Final Research Achievements

Magnon, a wave generated by the oscillation of a large number of electron-spins in a material, is a candidate for Joule-loss-free information carrier that can be used in insulators, and are expected to be applied to low-power devices. The aim of this work is to control magnon properties using “skyrmion crystals”, which are spontaneously formed by nanometric spin vortices called skyrmions. In the chiral magnetic insulator hosting skyrmion crystal, we have successfully observed a gap structure originating from magnon-magnon hybridization. We have also succeeded in revealing magnetic resonance dynamics in the skyrmion crystal phase of the polar magnetic insulator, and found the frequency distribution and selection rule of the observed modes.

Free Research Field

物性物理学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

物質中のトポロジカル欠陥の一種であるスキルミオンは、安定な粒子としての性質を持つことから磁気記録・演算のための新しい情報担体としての応用が見込まれている。電流による制御を目指す観点から、金属中でのスキルミオンのダイナミクスが盛んに研究されている。一方、絶縁体中ではマグノン制御にスキルミオンを活用できる可能性があり、本研究では、絶縁体中のスキルミオンを用いてマグノンモードを制御できることを実証し、その微視的な機構を明らかにした。これは、マグノン制御法の確立に向けた新しい切り口を与えるものと考えられ、さらにマグノン研究の舞台となりうるスキルミオン物質の開拓にも繋がることが期待される。