2023 Fiscal Year Annual Research Report
Development of topological and physical properties of electrons in quasicrystal and approximant
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22H01170
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Institution | Kyushu Institute of Technology |
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Principal Investigator |
渡辺 真仁 九州工業大学, 大学院工学研究院, 教授 (40334346)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| Keywords | 準結晶 / 近似結晶 / ヘッジホッグ / 静的磁気構造因子 / 動的磁気構造因子 / 非相反磁気励起 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
周期性をもたない結晶構造をもつ準結晶では、周期結晶では許されない５回回転対称性などの特有の回転対称性をもつ。準結晶でどのような電子状態が実現し、物性を発現するかは不明な点も多く、その解明は物性科学のフロンティアである。特に準結晶において磁気長距離秩序が実現するか否かはこれまで未解明の重要な問題であった。最近、希土類系準結晶Au65Ga20R15 (R=Tb, Gd)において強磁性長距離秩序が実験により発見され、大きな注目を集めている。
これまで研究代表者により、希土類系準結晶の希土類原子サイトの結晶場による磁気異方性の効果を取り入れた有効磁気模型に基づいて、希土類系準結晶および近似結晶の磁気構造の理論解析が行われた。その結果、希土類原子がその頂点に位置する２０面体上で、ヘッジホッグ状態やフェリ磁性状態、渦巻き状態などの様々な非共線・非共面磁気構造が基底状態として実現することが示された。興味深いことに、ヘッジホッグ状態はトポロジカル数+1の有限のトポロジカル不変量で特徴づけられることがわかった。さらに有効磁気模型を２０面体準結晶に適用し、一様なヘッジホッグ秩序相を見出した。
本研究では、この準結晶におけるトポロジカル磁気構造である、ヘッジホッグ秩序相におけるダイナミクスを理解するため、近似結晶において動的磁気構造因子を計算する理論的枠組みの開発に取り組んだ。この方法を用いて、ヘッジホッグ秩序相における動的励起の性質を理論的に明らかにした。
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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
トポロジカル磁気構造であるヘッジホッグ秩序相について、近似結晶における非相反磁気励起の出現機構について、理論解析により理解することができた。さらに、準結晶において非相反性が広大な逆格子-エネルギー空間で出現する理由についても準結晶と近似結晶の比較により理解が進展したので、全体的に順調に研究は進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度明らかにした、ハイパーマテリアルのヘッジホッグ秩序相の静的および動的磁気構造因子を実験研究者に提示し、上記秩序を実現する物質合成、およびその物質における中性子散乱実験による静的および動的磁気構造の観測に向けて、実験研究者と連携して研究を推進していく。
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