研究課題
基盤研究(B)
キラルな結晶構造を有する磁性体では,非自明な秩序構造がマクロスケールで出現する創発的なスピン秩序形成が起こる.これらの現象の起源にあるのが,対称性が低い結晶中でスピンや軌道の自由度が感じるねじれた反対称相互作用である.本研究では,近年新物質の発見が相次ぐf電子系らせん磁性を広く対象とし,磁気キラルソリトン格子に代表される非線形で創発的ならせん磁気構造とその動的状態を,放射光X線と中性子線を相補的に利用することでミクロに観測する.系の対称性を問わず,自然界に普遍的かつ本質的に潜むらせん形成機構について,電子間相互作用の立場から明らかにする.
キラル磁性体YbNi3Ga9における圧力誘起価数転移に伴うらせん磁気秩序,さらに磁場中での形成が期待されるキラルソリトン格子の観測を目標として,超伝導磁石に設置可能なX線回折用の小型ダイヤモンドアンビルセルを製作した.ヘリウムガス圧により,10GPaでも結晶性の劣化がない加圧を実現し,共鳴X線回折実験を行った.また,反転心を持たない正方晶化合物EuIrGe3での反対称相互作用の観測,CeCoSiでの構造相転移の発見,YbNi3Al9についてのスピン波励起の観測,EuNiGe3の磁場誘起磁気スキルミオン相におけるヘリシティ統合など,結晶対称性と磁気らせんヘリシティに関する研究の進展があった.
電子のスピンや軌道運動が起源となって生じる磁性は本質的に量子力学的な現象である.電子自身がもつスピンは,電荷と同様,素粒子としての一性質であり,電荷と違って周囲の空間とは本来無関係の存在である.ところが,実際の磁性体では周囲の空間対称性とは無関係ではなく,キラル磁性体で観測されるように,特定の巻き方をもった様々ならせん構造を示す.本研究でいくつかの具体的な事例を集中的に研究し,特定の空間対称性をもった固体物質中で電子スピンがどのように空間と関係しているかを実験的に観測し,明らかにすることができた.この研究がさらに進展することで,スピンと空間との関係性への理解が深まるものと期待される.
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