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トポロジカル磁性体のダイナミクスに関する理論的研究

研究課題

研究課題/領域番号 19F19815
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分外国
審査区分 小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
研究機関国立研究開発法人理化学研究所

研究代表者

永長 直人  国立研究開発法人理化学研究所, 創発物性科学研究センター, グループディレクター (60164406)

研究分担者 MASELL JAN  国立研究開発法人理化学研究所, .創発物性科学研究センター, 外国人特別研究員
研究期間 (年度) 2019-11-08 – 2022-03-31
研究課題ステータス 完了 (2021年度)
配分額 *注記
2,200千円 (直接経費: 2,200千円)
2021年度: 500千円 (直接経費: 500千円)
2020年度: 1,100千円 (直接経費: 1,100千円)
2019年度: 600千円 (直接経費: 600千円)
キーワードskyrmions / micromagnetics / simulations / topology / helimagnetism / spintronics / Nernst effect / scalar spin chirality / スキルミオン / トポロジカルなスピン構造
研究開始時の研究の概要

スキルミオンをはじめとするトポロジカルなスピン構造が様々な磁性体において発見され、その相図構造が調べられている。一方、トポロジカルに異なる相の間の変化はダイナミクスの問題となり、より高度な理論的解析を必要とする。従来は、ポテンシャル障壁によって遷移確率が決まるとされるが、エントロピーに対応する経路の数を考慮に入れることが必要となる。
本研究では、スキルミオンが強磁性状態などのトポロジカルに自明な状態へと崩壊する寿命を、これらの因子を取り入れて精度よく理論的に計算する手法を確立し、数値シミュレーション結果と併用することでトポロジカルな相変化の全貌を明らかにする。

研究実績の概要

In my original proposal for the fiscal year 2021, I planned to continue my collaborations on (1)the three-dimensional texture of skyrmions as well as the collaborations on (2)the effects of thermally activated scalar spin chirality on atomic lattices. Moreover, I planned to study the effects of temperature and temperature gradients on the motion of skyrmions, supporting recent experimental results at RIKEN.
On the end of (1), I have worked on various different topics, exploiting the computational power of my modified version of the open source simulation tool MuMax3. I could explain the unusual experimental observations at topological defects in the helical (lamellar) phase of chiral magnets and, in a different project, explain the stability of skyrmions and antiskyrmions in an experimentally mapped out series of various material compositions. Moreover, a work on the current-induced distortion of skyrmions pinned at defects is under review, as well as a work on the electrical and spin currents induced by the motion of a magnetic screw.
Our first work on the large Hall and Nernst effects induced by (2) has also been published and subsequent projects were initiated. However, my program for simulating the thermal Hall effect in such systems is not ready for use yet.
Finally, I also tried the motion of skyrmions in temperature gradient which was described in previous theories which,but failed to explain experimental observations at RIKEN.I corrected small errors in these previous and combined the results with a compensate theory for error, which finally described the experiments.

現在までの達成度 (段落)

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

令和3年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 2019 実績報告書
  • 研究成果

    (24件)

すべて 2022 2021 2020 2019 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (10件) (うち国際共著 6件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (12件) (うち国際学会 9件、 招待講演 6件)

  • [国際共同研究] NTNU Trondheim(ノルウェー)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [国際共同研究] Prof. K. Everschor-Sitte/University of Duisburg-Essen(ドイツ)

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [雑誌論文] Doping Control of Magnetic Anisotropy for Stable Antiskyrmion Formation in Schreibersite (Fe,Ni) 3P with S4 symmetry2022

    • 著者名/発表者名
      Karube Kosuke、Peng Licong、Masell Jan、Hemmida Mamoun、Krug von Nidda Hans‐Albrecht、Kezsmarki Istvan、Yu Xiuzhen、Tokura Yoshinori、Taguchi Yasujiro
    • 雑誌名

      Advanced Materials

      巻: 34 号: 11 ページ: 2108770-2108770

    • DOI

      10.1002/adma.202108770

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Large Hall and Nernst responses from thermally induced spin chirality in a spin-trimer ferromagnet2021

    • 著者名/発表者名
      K. K. Kolincio, M. Hirschberger, J. Masell, S. Gao, A. Kikkawa, Y. Taguchi, T. Arima, N. Nagaosa, Y. Tokura
    • 雑誌名

      Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America

      巻: 118 号: 33

    • DOI

      10.1073/pnas.2023588118

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Real-space observations of 60-nm skyrmion dynamics in an insulating magnet under low heat flow2021

    • 著者名/発表者名
      Yu Xiuzhen、Kagawa Fumitaka、Seki Shinichiro、Kubota Masashi、Masell Jan、Yasin Fehmi 、Nakajima Kiyomi、Nakamura Masao、Kawasaki Masashi、Nagaosa Naoto、Tokura Yoshinori
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 12 号: 1 ページ: 5079-5079

    • DOI

      10.1038/s41467-021-25291-2

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detection of Topological Spin Textures via Nonlinear Magnetic Responses2021

    • 著者名/発表者名
      Stepanova Mariia、Masell Jan、Lysne Erik、Schoenherr Peggy、K?hler Laura、Paulsen Michael、Qaiumzadeh Alireza、Kanazawa Naoya、Rosch Achim、Tokura Yoshinori、Brataas Arne、Garst Markus、Meier Dennis
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 22 号: 1 ページ: 14-21

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.1c02723

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Current-Induced Dynamics of Chiral Magnetic Structures: Creation, Motion, and Applications2021

    • 著者名/発表者名
      Masell Jan、Everschor-Sitte Karin
    • 雑誌名

      Topics in Applied Physics

      巻: 138 ページ: 147-181

    • DOI

      10.1007/978-3-030-62844-4_7

    • ISBN
      9783030628437, 9783030628444
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Room-temperature antiskyrmions and sawtooth surface textures in a non-centrosymmetric magnet with S4 symmetry2021

    • 著者名/発表者名
      Karube Kosuke、Peng Licong、Masell Jan、Yu Xiuzhen、Kagawa Fumitaka、Tokura Yoshinori、Taguchi Yasujiro
    • 雑誌名

      Nature Materials

      巻: 20 号: 3 ページ: 335-340

    • DOI

      10.1038/s41563-020-00898-w

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Spin-transfer torque driven motion, deformation, and instabilities of magnetic skyrmions at high currents2020

    • 著者名/発表者名
      J. Masell, D. R. Rodrigues, B. F. McKeever, and K. Everschor-Sitte
    • 雑誌名

      Phys. Rev. B

      巻: 101, 号: 21

    • DOI

      10.1103/physrevb.101.214428

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Topological Nernst Effect of the Two-Dimensional Skyrmion Lattice2020

    • 著者名/発表者名
      Hirschberger Max、Spitz Leonie、Nomoto Takuya、Kurumaji Takashi、Gao Shang、Masell Jan、Nakajima Taro、Kikkawa Akiko、Yamasaki Yuichi、Sagayama Hajime、Nakao Hironori、Taguchi Yasujiro、Arita Ryotaro、Arima Taka-hisa、Tokura Yoshinori
    • 雑誌名

      Physical Review Letters

      巻: 125 号: 7 ページ: 076602-076602

    • DOI

      10.1103/physrevlett.125.076602

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Real-Space Observation of Topological Defects in Extended Skyrmion-Strings2020

    • 著者名/発表者名
      Yu Xiuzhen、Masell Jan、Yasin Fehmi S.、Karube Kosuke、Kanazawa Naoya、Nakajima Kiyomi、Nagai Takuro、Kimoto Koji、Koshibae Wataru、Taguchi Yasujiro、Nagaosa Naoto、Tokura Yoshinori
    • 雑誌名

      Nano Letters

      巻: 20 号: 10 ページ: 7313-7320

    • DOI

      10.1021/acs.nanolett.0c02708

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Combing the helical phase of chiral magnets with electric currents2020

    • 著者名/発表者名
      Masell Jan、Yu Xiuzhen、Kanazawa Naoya、Tokura Yoshinori、Nagaosa Naoto
    • 雑誌名

      Physical Review B

      巻: 102 号: 18 ページ: 180402-1

    • DOI

      10.1103/physrevb.102.180402

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Helitronics - Electrical manipulation of helimagnetic phases2022

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      MMM/Intermag
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Helitronics, (anti)skyrmions, and going 3d2022

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      AFM workshop, University of Augsburg, Germany
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Magnetic Skyrmions in a Thermal Gradient: Experimental Observation and Critical Speed-Up2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      MRS Spring Meeting
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Helices, (anti-)skyrmions, and scalar spin chirality in magnets2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Theory Colloquium, University of Duisburg-Essen, Germany
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Universal energy barriers of large magnetic skyrmions … and more2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Universal energy barriers of large magnetic skyrmions … and more
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Moving Skyrmions with a Small Temperature Gradient2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Around-the-Clock Around-the-Globe Magnetics Conference
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Helitronics and (anti-)skyrmions in magnets with DMI2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      DMI-2021
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Moving Skyrmions with a Small Temperature Gradient2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Meeting of the German Physical Society (DPG)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Non-linear magnetic response at topological defects in helimagnetic FeGe2021

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Meeting of the German Physical Society (DPG)
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Skyrmions, hedgehogs, helices - News from RIKEN2020

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Condensed Matter Theory Seminar, KIT, Germany
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Skyrmions, hedgehogs, helices - News from RIKEN2020

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      Condensed Matter Theory Seminar, University of Cologne, Germany
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Universality of Energy Barriers of Magnetic Skyrmions2019

    • 著者名/発表者名
      Jan Masell
    • 学会等名
      The 10th CEMS Research Camp
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書

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公開日: 2019-11-29   更新日: 2024-03-26  

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