| 研究課題/領域番号 |
22K03509
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分13030:磁性、超伝導および強相関系関連
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| 研究機関 | 福井大学 (2024)
東京大学 (2022-2023) |
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研究代表者 |
加藤 康之 福井大学, 学術研究院工学系部門, 准教授 (50708534)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2024年度)
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| 配分額 *注記 |
4,030千円 (直接経費: 3,100千円、間接経費: 930千円)
2025年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 量子磁性体 / 金属磁性体 / トポロジカル磁性 / 量子スピン系 / スピン波理論 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
磁性体の準粒子マグノンを利用した量子技術の提案・実証例が多く報告されています．本研究ではそうした量子技術への応用を見据えた良い制御性を持つマグノンの実現の指針を与えることを目指します．良い制御性のためには寿命が長く，マグノン同士の相関効果が外部磁場等で調節可能で，伝導電子と結合するといった性質を併せ持っていることが望まれます．どのような物質でこれらが実現可能かという問に，数値計算を用いた理論的なアプローチによって答えていきます．
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| 研究実績の概要 |
研究成果として３報の論文を出版しました．これらの研究では，本研究課題の主題である磁性体中の励起の寿命に関して正確に取り込んだ解析を実現しています．具体的な内容は，（１）一軸カイラル磁性体の端における磁気ソリトンの侵入過程の解析，（２）カイラル磁性体における磁気トロンの電流制御の解析，（３）キタエフ量子スピン液体のスピンゼーベック効果のトンネルスピン流理論による解析です．（１）では磁性体の端モードを利用することによって回転磁場で一次元的なトポロジカルスピン構造である磁気ソリトンを増やす過程を明らかにしました．外部磁場の強度が閾値を超えると段階的にソリトン数を増やすことが可能なため，ソリトン数の新しい制御法としての応用が期待できます．（２）では三次元的なトポロジカルスピン構造である磁気トロンの電流駆動運動を明らかにしました．トロンは電流や磁場によって運動方向を柔軟に制御でき，横方向のみ（パーフェクトホール効果），あるいは縦方向のみ（ゼロホール効果）の移動も実現可能であることを示唆する結果を得ています．こうした柔軟な制御性から磁気トロンのスピントロニクス応用が期待されます．（３）ではキタエフ量子スピン液体におけるスピンゼーベック効果によるトンネルスピン流生成の詳細を明らかにしました．マヨラナ準粒子は電荷もスピン自由度も持たないため，検出が難しいという課題があります．本研究ではマヨラナ準粒子がトンネルスピン流に寄与することを見出し，さらに生成されたスピン流の外部磁場依存性が特徴的な振る舞いを示すことを明らかにしました．今後実験的にこの特徴的な振る舞いを捉えることで，マヨラナ準粒子の検出同定が行われることが期待されます．また，マヨラナ準粒子とスピン流の結合は，スピントロニクスによるマヨラナ準粒子の制御可能性を示唆しています．関連して，国内会議１件の招待発表を行なっています．
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| 現在までの達成度 |
現在までの達成度
1: 当初の計画以上に進展している
理由
これまでに量子磁性体中の準粒子を相関効果を正確に取り入れた取り扱いで解析することに成功し，その結果として量子スピン液体におけるマヨラナ準粒子のスピン流への寄与といった極めて特異な現象を理論的に明らかにしています．前年度までの成果と合わせて申請内容を超えた成果を得ています．
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| 今後の研究の推進方策 |
キタエフ量子スピン液体におけるスピンゼーベック効果の研究で培った方法を用いて，他の量子スピン液体の解析に取り組みます．また金属磁性体におけるトポロジカル磁気構造の動的な振る舞いについても調べる予定です．
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