研究課題
基盤研究(B)
本研究の目的は、研究代表者が確立したマグノン極性(スピンの歳差運動の回転方向)の測定手法を発展させ、逆スピンホール効果によるスピン流測定と組み合わせることでスピントロニクス研究を運動量・エネルギー分解した微視的視点から切り拓くことにある。主に従来型の強磁性スピントロニクスを対象とし、次世代スピントロニクス機構として反強磁性スピントロニクスと高次スピン自由度スピントロニクスにも着目する。
本研究では以下のテーマを推進した。(1)中性子偏極補正の解析表現を導出し、Y3Fe5O12のデータについて補正を実証した。また、Tb3Fe5O12の実験から物質の磁気励起分散と温度変化およびマグノン極性の情報からスピン流の温度変化が予言可能であることを示した。(2)反転対称性の無いSr2MnSi2O7のゼロ磁場、有限磁場下での磁気構造を同定し、非弾性散乱から相互作用定数を決定し、マグノン極性の証拠を得た。(3)三角格子磁性体NiGa2S4について、偏極中性子散乱からベクトルカイラリティ渦の凝集転移の証拠を得た。また、FeGa2S4について磁気揺らぎ時間の温度依存性を13桁に渡って追跡した。
従来型スピントロニクスにおいて、これまでは電圧測定に限られることが多数であった。今回の成果によってスピントロニクスにおける微視的知見に基づくアプローチが確立され、今後は磁気励起情報に基づく高効率スピン流伝播物質の選定が進むことが想定される。また、カイラリティ等の高次スピン自由度に基づく物性は磁性研究の分野で注目されているが、実験的傍証に留まっている。今回の実験でスピン空間における異方性や(Q, E)分解した情報を理論計算と合わせることで、より直接的な証拠を得るに至った。本研究で実証した新偏極中性子散乱手法は微視的視点から電子自由度の理解を深め、他の自由度への応用でも一定の波及効果が期待される。
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