| 研究課題/領域番号 |
19H00660
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| 研究種目 |
基盤研究(A)
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| 配分区分 | 補助金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
中区分13:物性物理学およびその関連分野
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| 研究機関 | 国立研究開発法人理化学研究所 |
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研究代表者 |
于 秀珍 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, チームリーダー (30538244)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2024-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
44,850千円 (直接経費: 34,500千円、間接経費: 10,350千円)
2023年度: 6,760千円 (直接経費: 5,200千円、間接経費: 1,560千円)
2022年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2021年度: 7,150千円 (直接経費: 5,500千円、間接経費: 1,650千円)
2020年度: 13,130千円 (直接経費: 10,100千円、間接経費: 3,030千円)
2019年度: 10,660千円 (直接経費: 8,200千円、間接経費: 2,460千円)
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| キーワード | トポロジカルスピン構造 / スキルミオン紐 / スピンヘッジホッグ構造 / 3次元磁化顕微観察 / 電流・熱流下のスキルミオンの動的挙動 / 3次元磁化構造顕微法 / バイメロン / ホップフィン / スキルミオンストリング / 反スキルミオン / 磁気モノポール / topological spin texture / 電流駆動スキルミオンダイナミックス / 物性物理 / トポロジカル構造 / 3次元顕微技法 / 磁性体 / 電流駆動ダイナミックス / 三次元トポロジカル磁化構造 / スキルミオン / 熱流駆動 / 三次元ローレンツ顕微法 / アンチスキルミオン / スピンヘッジホッグ / 電流駆動 / 室温アンチスキルミオン / 二次元ヴvan de Waals 磁性体 / ネール型スキルミオン / ナノ磁性体 / ローレンツ電子顕微鏡 / ３次元トポロジカル磁気構造 / トポロジカル磁気構造 / 三次元磁気構造イメージング / 電流パルス / 省エネー電子デバイス / スキルミオン ストリング / 三次元イメージング法 / 磁気単極子 / 電子顕微鏡 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
ナノメートル スケール三次元磁気構造のイメージング法を開発して、二次元薄片試料や三次元ロード状試料中に様々なトポロジカル磁気構造およびその周期構造(スキルミオン（Sk）正方格子やSk紐等)を電子顕微鏡中に誘起し、その動的振る舞いを実空間観測し、様々なトポロジカル状態の安定性を明らかにする。特に、枝分かれしたSk紐や、ちぎれたSk紐の内部変形によって生じた磁気単極子・反磁気単極子対の生成・消滅およびその電流下のダイナミクスを三次元イメージング法で実空間観察を行い、様々なトポロジカル構造をもたらす機構を解明する。
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| 研究成果の概要 |
理論で予測された3次元トポロジカルスピン構造、例えばヘッジホッグ（モノポール）、スキルミオン紐、ホップフィオンを、らせん磁性体中に励起し、新たに開発した電子線位相トモグラフィー技法で可視化することに成功した。その場ローレンツ電顕技法を巧みに使用し、極低温（8K）で既知の化合物中では最小となる直径1.9nmのスキルミオンの正方格子をGdRu2Si2に生成し、可視化することに成功した。さらに、「電流」、「熱流」に対する（アンチ）スキルミオンの「駆動ダイナミクス」や、「生成・消滅・スイッチング現象」を実空間からアプローチし、（アンチ）スキルミオンの動的挙動を明らかにした。
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
従来の3次元観察では、膨大なデータセットを取得するのに時間がかかり（少なくとも数時間）、特にナノスケールの磁化構造の場合、時間だけでなく高い空間分解能も求められる。本研究では、新たに3次元電子線位相差顕微法を開発し、従来の3次元磁化イメージングの空間分解能（約10nm）を大幅に向上させ、5nm以下を達成した。さらに、測定時間も10分以下に短縮できた。また、磁気単極子を含むスキルミオンの低電流／熱流下での動的特性を明らかにした。この成果は、トポロジカル材料科学の理論構築や、将来の革新的な低消費電力デバイスに向けた概念実証に重要な役割を果たすことができた。
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