2013 Fiscal Year Research-status Report
磁性強誘電体におけるエレクトロマグノンの強励起現象と光機能の理論的探索
| Project/Area Number |
25870169
|
|---|
| Research Category |
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
|
| Research Institution | Aoyama Gakuin University |
|---|
Principal Investigator |
望月 維人 青山学院大学, 理工学部, 准教授 (80450419)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2013-04-01 – 2016-03-31
|
| Keywords | エレクトロマグノン / 磁性強誘電体 / スキルミオン / マイクロ波素子 / カイラル磁性体 / マルチフェロイックス |
|---|
| Research Abstract |
本研究は、様々な磁性強誘電体においてレーザー光やマイクロ波の振動電場成分と誘電分極の相互作用を通じて励起される「電場誘起マグノン（エレクトロマグノン）」に由来する、新しい物性現象や物質機能の発見を目的としている。特に本年度は、キラルな結晶構造を持つ磁性強誘電体において、マルチフェロイック特性を持つスキルミオンやスパイラル磁性などの非自明な非共線・非共面磁気テクスチャが示すエレクトロマグノン励起の機構・性質の解明と、それに由来する現象の探索に取り組み、二つの大きな成果を上げた。一つ目の成果として、キラル絶縁磁性体Cu2OSeO3おいて、エレクトロマグノン励起の複数の励起チャネル（電場励起と磁場励起）の干渉効果に由来する巨大な「マイクロ波整流効果」を理論的に発見・予言した。この理論予言を確かめるべく、東京大学工学系研究科および理化学研究所の実験グループと共同研究を行い、その効果を実証し、Nature Communications誌に発表した。この発見は、高性能なマイクロ波アイソレータ素子の実現に道を開くものとして大きな注目を集めており、日本物理学会誌に依頼記事を執筆し、特許出願を行った。二つ目の成果として、キラルな磁性体においてレーザー光や電子線によるマグノンの熱励起を通じて、ナノスケールの磁気テクスチャであるスキルミオンの回転を駆動できることを発見し、Nature Materials誌に発表した。この発見は、次世代磁気記憶・論理デバイスの情報担体としての応用が期待されているスキルミオンを小さなエネルギー損失で制御する方法として大きな注目を集めている。この研究成果に関連して、固体物理誌に依頼記事を執筆し、プレスリリース（青学、東大、理研共同）を出した。また、以上二つの研究成果をアメリカ物理学会における招待講演を始め、いくつかの国際・国内会議で発表した。
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
当初の研究計画では、これまで知られていたかったエレクトロマグノン励起の機構や可能性を、新しい物質や系において微視的なモデルを構築・解析することで理論的に探索することを目標としていた。実際に、スキルミオン相を示すカイラル絶縁磁性体（Cu2OSeO3)という、近年発見されたトポロジカル磁気テクスチャを基盤とする新しいマルチフェロイック物質系で、エレクトロマグノン励起が起こることを見出し、その機構の解明に成功した。さらには、平成25年度の当初の研究計画を越えて、そのエレクトロマグノン励起に由来する新しい物理現象や物質機能として、「巨大なマイクロ波整流効果」や「スキルミオンの回転運動」を理論的に予言した。それのみならず、これらの理論予言を実験グループとの共同研究によって実証し、世界一流の科学雑誌であるNature姉妹紙に複数の論文を発表するまでにいたった。このことから、本研究は当初の研究計画を大幅に越えて進展していると結論づけた。
|
| Strategy for Future Research Activity |
平成25年度の研究で得られた新しいエレクトロマグノン励起や複合自由度の共鳴励起に関する知見に立脚し、これらの励起現象に由来する新しい非平衡現象の理論的に探索・解明に取り組む。特に、これらの励起の非相反的な干渉効果を利用した新しい「光・マイクロ波機能」と非線形強励起を利用した「スピンテクスチャの光駆動・制御の方法」の探索・解明を目指す。また、このような現象を実現・観測する方法を理論的に設計する。具体的には、エレクトロマグノン励起が持つ複数の励起プロセスの干渉を実現するために、偏光配置や定常電場・磁場の印加条件を検討する。その配置と条件のもとで、LLG方程式の数値解析や量子数値シミュレーション、スピン波展開などの解析的手法により動的磁気感受率、動的誘電感受率、動的電気磁気感受率の計算を行う。その他にも、磁性強誘電体における電磁気学から「エレクトロマグノンの磁気光学理論」の定式化を行う。数値計算と解析理論を組み合わせることで、吸収係数や屈折率、旋光性の評価を行い、干渉効果による「方向二色性」、「円二色性」、「磁気旋光性」、「負の屈折率」などの磁気光学現象を探索する。
|
