| Project/Area Number |
17H06137
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (S)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Research Field |
Condensed matter physics II
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| Research Institution | Toyota Physical and Chemical Research Institute (2020)
Osaka University (2017-2019) |
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Principal Investigator |
川村 光 公益財団法人豊田理化学研究所, フェロー事業部門, フェロー (30153018)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
青山 和司 大阪大学, 理学研究科, 助教 (00623133)
富安 啓輔 株式会社日産アーク(マテリアル解析部、デバイス機能解析部), マテリアル解析部、デバイス機能解析部, 主任研究員 (20350481)
鳴海 康雄 大阪大学, 理学研究科, 准教授 (50360615)
高阪 勇輔 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (60406832)
南部 雄亮 東北大学, 金属材料研究所, 准教授 (60579803)
石渡 晋太郎 大阪大学, 基礎工学研究科, 教授 (00525355)
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| Project Period (FY) |
2017-05-31 – 2022-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥214,890,000 (Direct Cost: ¥165,300,000、Indirect Cost: ¥49,590,000)
Fiscal Year 2020: ¥18,460,000 (Direct Cost: ¥14,200,000、Indirect Cost: ¥4,260,000)
Fiscal Year 2019: ¥22,750,000 (Direct Cost: ¥17,500,000、Indirect Cost: ¥5,250,000)
Fiscal Year 2018: ¥39,130,000 (Direct Cost: ¥30,100,000、Indirect Cost: ¥9,030,000)
Fiscal Year 2017: ¥116,480,000 (Direct Cost: ¥89,600,000、Indirect Cost: ¥26,880,000)
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| Keywords | フラストレーション / スピンテクスチャ / トポロジカル励起 / スカーミオン / Z2渦 / カイラリティ / Ｚ２渦 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Z2渦候補物質として、2つの3角格子磁性体NiGa2S4とNaCrO2に注力した研究を行った。NiGa2S4では、偏極中性子散乱によりスピンの異方性がT* = 8.5 Kで増大する臨界的異常を示すことが分かっている。30年度には、理論・シミュレーションとの比較により、この異常がZ2渦機構で説明できることを明らかにした。現在、実験と理論の結果をまとめた論文作成を進めている。また誘電率測定により、T*直下でhump的な異常を新たに見出した。NaCrO2では、良質な粉末試料の大量合成法を確立し微小単結晶が合成された。磁化率、放射光共鳴X線回折の観測を行うとともに、中性子への展開を開始した。理論面からは、3角格子反強磁性ハイゼンベルグモデルにおいて、スピン伝導率がZ2渦転移温度で発散的異常を示すことを見出し、KT転移系との比較などを通し、トポロジカル転移とスピン伝導の相関に関する知見を得た。
対称的スカーミオン格子候補物質として強磁場中NiGa2S4と3角格子金属磁性体EuCuSbに注力した研究を行った。NiGa2S4の強磁場磁気相図を完成させるべく、強磁場磁化、比熱、磁気分光測定を行った。EuCuSbでは、磁気輸送特性を測定した結果、巨大なトポロジカルホール効果が観測され、トポロジカルな磁気構造の発現が示唆された。また、関連するフラストレーション磁性体MnSc2S4、Mn(OH)2などの強磁場磁化測定を行い、多段の磁場誘起相転移の存在を確認した。
3角格子以外の系も視野に入れているが、30年度は次近接相互作用でフラストレートしたハニカム格子系に対する理論計算・数値シミュレーションを進め、磁場中で「メロン/反メロン格子」「ripple」状態等の新奇なスピンテクスチャーと磁気秩序相を理論的に見出した。
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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
30年度途中より、高阪勇輔氏（岡山大異分野基礎科学研）、石渡晋太郎氏、高橋英史氏（東大工）の３名の方に研究協力者として本基盤研究Sに新たに参画頂いた。高阪氏については、本研究の進展に伴い重要性が一段と増した絶縁体化合物の単結晶育成を、石渡、高橋両氏には、対称的スカーミオンやヘッジホッグの候補物質の幅を広げる意味で希土類金属磁性体等の結晶育成や輸送測定を担当頂く。前年度にも増して強力な研究体制が組めたものと思う。Z2渦、対称的スカーミオンとも、当初予定してた候補物質については順調に試料合成や物性測定が進行しており、中性子散乱、Ｘ線磁気共鳴散乱についても本測定に向けて準備が進んでいる。合わせて、新たな研究協力者の参画を得て新規候補物質の探索も進めている。理論、数値シミュレーション面でも、実験との密接な協力により、新たな展開を見せつつある。全体として、大変順調に進展している。
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| Strategy for Future Research Activity |
31年度は、Z2渦関連では、既に申請が採択されているOak RidgeおよびJ-PARCでの中性子散乱測定を進める。NiGa2S4に関しては、Scharpf式を用いた高度な偏極解析を行い、磁性信号のみの取り出しを幅広い(Q,ω)領域で行う。NaCrO2については、非偏極での準弾性散乱を行うとともに、合わせて共鳴X線回折の測定も進める。これらを通して、Z2渦の直接的証拠を得ることを目指す。またスピンゼーベック効果の測定を行い、30年度の理論計算の予言の検証を行う。
対称的スカーミオン格子関連では、物質探索、強磁場物性測定、磁気構造を決定するための中性子測定を進める。EuCuSbについては、30年度に観測されたトポロジカルホール効果の起源を探るため、中性子による磁気構造の決定を行う。より広範な候補物質から金属磁性体スカーミオン格子系の物質探索を進め、順次、磁気測定、強磁場物性測定、中性子回折を行う。強磁場関連では、50T横磁場中性子回折装置を完成させ、予備実験として磁気光学測定を予定している。また、スカーミオン格子／反スカーミオン格子等のドメインの観測、制御を視野に，共鳴X線回折を用いた研究を進める。
3角格子系以外のスピンテクスチャ―探索も理論、実験両面から順次進めて行く。ハニカム格子系のような2次元系にもならず、パイロクロア系、立方晶ペロブスカイト等の3次元物質について研究を進めたい。
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